Question

【題目】【化學——選修2化學與技術】硫酸工業在國民經濟中占有極其重要的地位。

（1）工業制硫酸時所用硫鐵礦的主要成分為FeS2，其中硫元素的化合物為 。

（2）硫酸的最大消費渠道是化肥工業，用硫酸制造的常見化肥有 (任寫一種)。

（3）硫酸生產中，根據化學平衡原理來確定的條件或措施有 (填寫序號)。

A．礦石加入沸騰爐之前先粉碎 B．使用V2O5作催化劑

C．轉化器中使用適宜的溫度 D．凈化后的爐氣中要有過量的空氣

E．催化氧化在常壓下進行 F．吸收塔中用98.3%的濃硫酸吸收SO3

（4）在硫酸工業中，通過下列反應使二氧化硫轉化為三氧化硫：

2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)　 ΔH＝－98.3 kJ·mol－1

在實際工業生產中，常采用“二轉二吸法”，即將第一次轉化生成的SO2分離后，將未轉化的SO2進行二次轉化，假若兩次SO2的轉化率均為95%，則最終SO2的轉化率為 。

（5）硫酸的工業制法過程涉及三個主要的化學反應及相應的設備(沸騰爐、轉化器、吸收塔))。

①三個設備分別使反應物之間或冷熱氣體間進行了“對流”。請簡單描述吸收塔中反應物之間是怎樣對流的。

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②工業生產中常用氨—酸法進行尾氣脫硫，以達到消除污染、廢物利用的目的。用化學方程式表示其反應原理。(只寫出2個方程式即可)

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（6）實驗室可利用硫酸廠爐渣(主要成分為鐵的氧化物及少量FeS、SiO2等)制備聚鐵和綠礬(FeSO47H2O)，聚鐵的化學式為[Fe2(OH)n(SO4)3﹣0.5n]m，制備過程如圖所示，下列說法正確的是 。

A．爐渣中FeS與硫酸和氧氣的反應的離子方程式為：4FeS+3O2+12H+═4Fe3++4S↓+6H2O

B．氣體M的成分是SO2，通入雙氧水得到硫酸，可循環使用

C．向溶液X中加入過量鐵粉，充分反應后過濾得到溶液Y，再將溶液Y蒸發結晶即可得到綠礬

D．溶液Z的pH影響聚鐵中鐵的質量分數，若其pH偏小，將導致聚鐵中鐵的質量分數偏大

Answer 1

【答案】（1）－1；（2）硫酸銨(或硫酸鉀或過磷酸鈣等) ；（3）D；（4）99.75%；

（5）①SO3從吸收塔底部進入，吸收劑(濃硫酸)從頂部下淋，形成對流；

②SO2＋NH3＋H2O===NH4HSO3；2NH4HSO3＋H2SO4===(NH4)2SO4＋2H2O＋2SO2↑；[或SO2＋2NH3＋H2O===(NH4)2SO3；(NH4)2SO3＋H2SO4===(NH4)2SO4＋H2O＋SO2↑（6）AB；

【解析】

試題分析：

（1）FeS2中鐵元素是+2價，則硫元素為-1價；

（2）用硫酸制造的常見化肥有硫酸銨、硫酸氫銨、硫酸鋅、硫酸鉀等；

（3）硫酸生產中，第二步：SO3的制取反應原理為：2SO2+O22SO3，該反應為可逆反應，根據化學平衡原理為了提高SO2的轉化率，通常采用增大O2濃度的方法來達到使SO2盡可能多的轉化為SO3的目的。A．礦石加入沸騰爐之前先粉碎，目的是為了增大黃鐵礦與空氣的接觸面，加快4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2 反應速率，而不是從2SO2+O22SO3 反應中化學平衡角度考慮，故A不正確；B．使用V2O5作催化劑，催化2SO2+O22SO3 反應，只能加快該反應的速率，不能使平衡移動，故B不正確；C．接觸室中催化轉化器使用適宜的溫度，目的是使催化劑活性最強，使反應速率最快，而實際上升高溫度，會促使2SO2+O22SO3 平衡向吸熱方向移動，即逆向移動，不利于提高SO2的轉化率，故C不正確；D．從沸騰爐中出來的氣體成分為SO2、O2、N2，經過凈化后，進入接觸室，爐氣中要有過量的空氣，即增大O2濃度，會促使2SO2+O22SO3 平衡正向移動，有利于提高SO2的轉化率，故D正確；E．接觸室中：2SO2+O22SO3，增大壓強促使平衡正向移動(即氣體總體積減小的方向)，減小壓強促使平衡逆向移動(即氣體總體積增大的方向)．在常壓下，不利于平衡正向移動，不利于提高SO2的轉化率．對于該化學平衡，壓強的增大，促使平衡正向移動，效果并不明顯，所以工業上直接采用常壓條件，而不采用高壓條件，故E不正確；F．吸收塔中用98.3%的濃硫酸吸收SO3，主要目的是防止產生酸霧，阻礙SO3的吸收，與化學平衡移動原理無關，故F不正確；

（4）設二氧化硫的初始濃度為a，則第一次轉化掉的二氧化硫濃度為a×95%，剩余的二氧化硫濃度為a×(1-95%)，進入第二次轉化，則第二次轉化掉的二氧化硫濃度為a×(1-95%)×95%，根據公式：轉化率═轉化濃度/初始濃度×100%，最終SO2的轉化率═[a×95%+a×(1-95%)×95%]/a×100%═99.75%；

（5）①從接觸室中出來的熱氣體SO2、O2、N2、SO3，在吸收塔的底部進入，從下向上運動，從吸收塔頂部噴灑冷的濃硫酸，從上向下運動；熱氣體SO3與冷的濃硫酸相對流動，進行熱量交換，故答案為：從接觸室中出來的熱氣體SO2、O2、N2、SO3，在吸收塔的底部進入，從下向上運動；從吸收塔頂部噴灑冷的濃硫酸，從上向下運動；熱氣體SO3與冷的濃硫酸相對流動，進行熱量交換；②工業生產中常用氨-酸法進行尾氣脫硫，即先用氨水吸收，再用濃硫酸處理，先用氨水吸收時，發生反應：SO2+2NH3H2O═(NH4)2SO3，再用濃硫酸處理時，發生反應：(NH4)2SO3+H2SO4═(NH4)2SO4+SO2↑+H2O，以達到消除污染、廢物利用的目的；

（6）分析流程可知爐渣加入硫酸溶液同時通入氧氣得到固體W為氧化還原反應生成的硫單質和SiO2等，溶液X為含有Fe3+離子的溶液，調節溶液PH得到溶液Z加熱得到聚鐵，溶液X中加入鐵反應生成硫酸亞鐵溶液Y，蒸發結晶得到硫酸亞鐵晶體。A、爐渣中FeS與硫酸和氧氣反應生成硫單質硫酸鐵和水，反應的離子方程式為4FeS+3O2+12H+═4Fe3++4S↓+6H2O，故A正確；B、爐渣加入硫酸溶液同時通入氧氣得到固體W為氧化還原反應生成的硫單質和SiO2等，固體W灼燒得到氣體為二氧化硫，故B正確；C、溶液X中加入過量鐵粉，鐵和硫酸鐵溶液反應生成硫酸亞鐵，通過蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾析出得到綠礬，符合晶體析出步驟，故C錯誤；D、用pH試紙測定方法為：將試紙放在表面皿上，用潔凈的玻璃棒蘸取待測液，點在試紙的中央，然后與標準比色卡對比．氫氧化鐵的含量比硫酸亞鐵高，若溶液Z的pH偏小，則聚鐵中生成的氫氧根的含量減少，使鐵的含量減少，故D錯誤；選AB。