Question

[化學--選修化學與技術]工業上以黃鐵礦為原料生產硫酸．
（1）寫出燃燒黃鐵礦的化學方程式

4FeS₂+11O₂

高溫  .

2Fe₂O₃+8SO₂

．
（2）接觸室中發生反應的化學方程式是

2SO₂+O₂

催化劑

加熱

2SO₃

．
（3）判斷下列說法正確的是（選填序號字母）

abd

．
a．為使黃鐵礦充分燃燒，需將其粉碎
b．過量空氣能提高SO₂的轉化率
c．使用催化劑能提高SO₂的反應速率和轉化率
d．沸騰爐排出的礦渣可供煉鐵
（4）吸收塔中用濃硫酸吸收三氧化硫而不用水的原因是

避免形成酸霧

．
（5）吸收塔排出的尾氣可以用兩種方法處理：
方法①：先用氨水吸收，再用濃硫酸處理．用濃硫酸處理的主要目的是

獲得較高濃度的SO₂

；
方法②：先用含一定水的亞硫酸鈉吸收后再加熱處理，也可達到與方法①相同的目的．為了實現節能減排，其所需能量可以由

流程中三步驟產生的廢熱提供

提供．與方法①相比，方法②的優點是

亞硫酸鈉可以循環利用

．
（6）SO₂既可作為生產硫酸的原料循環再利用，也可用于工業制溴過程中吸收潮濕空氣中的Br₂．SO₂吸收Br₂的離子方程式是

SO₂+Br₂+2H₂O=4H⁺+2Br^-+SO₄^2-

．

Answer 1

分析：（1）燃燒黃鐵礦反應生成氧化鐵和二氧化硫，再根據化合價升降法配平方程式；
（2）接觸室中發生二氧化硫的催化氧化反應，產物為三氧化硫，最后配平方程式．注意反應條件；
（3）第一步：SO₂的制取．主要原料是黃鐵礦和空氣，在高溫下煅燒，使硫元素轉變成SO₂氣體，反應方程式為
4FeS₂+11O₂

高溫  .

2Fe₂O₃+8SO₂，設備為沸騰爐．黃鐵礦需要粉碎，以增大和空氣的接觸面；
第二步：SO₃的制取．從沸騰爐中出來的氣體需經過凈化、除塵，進入接觸室在催化劑作用下SO₂和O₂反應生成SO₃，設備為接觸室．同時涉及熱量的交換、催化劑的作用、平衡的移動等問題；
第三步：硫酸的生成．從接觸室中出來的氣體進入吸收塔，為避免酸霧形成需用濃H₂SO₄吸收；
（4）吸收塔中吸收三氧化硫氣體的吸收液的選擇及原因；
（5）兩種尾氣處理方法的原理、優缺點；
（6）SO₂具有還原性，可與多種氧化劑反應，如O₂、H₂O₂、Na₂O₂、酸性KMnO₄溶液、氯水、溴水、碘水等．確定出反應物與生成物后，再配平，最后改寫成離子方程式．

解答：解：（1）燃燒黃鐵礦反應，反應物為FeS₂和O₂，生成物為Fe₂O₃和SO₂，根據化合價升降法配平，
FeS₂+O₂--Fe₂O₃+SO₂ ，FeS₂中Fe為+2價，S為-1價，O₂中O為0價，Fe₂O₃中Fe為+3價、O為-2價，SO₂中S為+4價、O為-2價，
FeS₂中：鐵元素上升1價，硫元素上升5價×2，則總共上升11價，
O₂中：氧元素降低2價×2，則總共降低4價．所以FeS₂前計量數為4，O₂前計量數為11，再根據原子守恒，配出Fe₂O₃前計量數為2，SO₂前計量數為8，
則方程式為4FeS₂+11O₂

高溫  .

2Fe₂O₃+8SO₂，故答案為：4FeS₂+11O₂

高溫  .

2Fe₂O₃+8SO₂；
（2）接觸室中發生的反應是二氧化硫的催化氧化，產物為三氧化硫，然后配平即得方程式，為2SO₂+O₂

催化劑

加熱

2SO₃，故答案為：2SO₂+O₂

催化劑

加熱

2SO₃；
（3）a、在沸騰爐中，原料黃鐵礦是固體、空氣是氣體，為了加快反應速率，所以要將黃鐵礦粉碎，增大接觸面，提高反應速率，故a正確；
b、轉化率=已轉化的原料的量/原料的總量×100%，接觸室中反應2SO₂+O₂

催化劑

加熱

2SO₃，為可逆反應，采用空氣過量目的是增大氧氣濃度，促使平衡正向移動，導致SO₂更多的轉化成SO₃，所以SO₂轉化率提高，故b正確；
c、催化劑只能改變反應速率，不能影響轉化率，故c不正確；
d、沸騰爐排出的礦渣中主要成分為Fe₂O₃，可作為煉鐵原料，故d正確；
故答案為：abd；
（4）吸收塔中SO₃如果用水吸收，發生反應：SO₃+H₂O═H₂SO₄，該反應為放熱反應，放出的熱量易導致酸霧形成，阻隔在三氧化硫和水之間，阻礙水對三氧化硫的吸收；而濃硫酸的沸點高，難以氣化，不會形成酸霧，同時三氧化硫易溶于濃硫酸，所以工業上從吸收塔頂部噴灑濃硫酸作吸收液，最終得到“發煙”硫酸，
故答案為：避免形成酸霧；
（5）方法①：先用氨水吸收時，發生反應：SO₂+2NH₃?H₂O═（NH₄）₂SO₃，再用濃硫酸處理時，發生反應：
（NH₄）₂SO₃+H₂SO₄═（NH₄）₂SO₄+SO₂↑+H₂O，故可獲得較高濃度的SO₂，
方法②：先用含一定水的亞硫酸鈉吸收，發生反應：Na₂SO₃+SO₂═2NaHSO₃；后再加熱處理時，發生反應：
2NaHSO₃

加熱  .

Na₂SO₃+SO₂↑，故也可獲得較高濃度的SO₂，同時亞硫酸鈉又可再次用于吸收SO₂，循環利用，而所需能量可由流程中三步驟放熱反應產生的廢熱提供，
故答案為：獲得較高濃度的SO₂；流程中三步驟產生的廢熱提供；亞硫酸鈉可以循環利用；
（6）SO₂具有還原性，可與多種氧化劑反應，如O₂、H₂O₂、Na₂O₂、酸性KMnO₄溶液、氯水、溴水、碘水等，
根據題意，工業制溴過程中用SO₂吸收潮濕空氣中的Br₂，可確定反應物為SO₂、Br₂、H₂O，在反應過程中SO₂表現還原性，
其中+4價硫化合價上升到+6價，生成H₂SO₄，Br₂表現氧化性，化合價降低到-1價，生成HBr．配平得化學方程式為SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄，SO₂是氣體、Br₂是單質、H₂O是弱電解質都必須保留化學式，HBr和H₂SO₄都是強酸，易溶于水、易電離，所以要改寫成離子形式，
即HBr═H⁺+Br、H₂SO₄═2H⁺+SO₄^2-，則得離子方程式SO₂+Br₂+2H₂O=4H⁺+2Br^-+SO₄^2-，
故答案為：SO₂+Br₂+2H₂O=4H⁺+2Br^-+SO₄^2-．

點評：本題考查工業接觸法制硫酸的原理，同時涉及到反應速率、轉化率、反應的熱效應、工業尾氣的處理等內容，具有一定的綜合性，需要一定的知識遷移能力，難度中等．化學方程式的反應條件容易忽略．