Question

如圖是現今常規生產發煙硫酸和硫酸的流程圖

（1）在④處二氧化硫被催化成三氧化硫，④的設備名稱是          。該處發生反應的方程式為                。為提高三氧化硫的產率，該處應采用        （填“等溫過程”或“絕熱過程”）為宜。
（2）在⑦處進行二次催化處理的原因是            。
（3）⑤處氣體混合物主要是氮氣和三氧化硫。此時氣體經過⑥后不立即進入⑦是因為       
（4）20%的發煙硫酸（SO₃的質量分數為20%）1噸需加水        噸（保留2位有效數字）才能配置成98%的成品硫酸。
（5）在②處發生1500℃的“不完全燃燒”，即先混入少量干燥空氣，然后在③處于700℃下再繼續燃燒。試說明為何這種燃燒方式對環境保護是有利的？                。

Answer 1

化學反應式或方程式未配平的均扣1分
（1）接觸室 （2分）   2SO₂＋O₂2SO₃（2分，“V₂O₅”寫成“催化劑”也可；無條件得1分；無“”不得分） 等溫過程（2分）
（2）該反應為可逆反應，二次催化使尚未反應的SO₂盡量催化氧化成SO₃，可以降低成本提高原料利用率和保護環境（2分，“提高原料利用率”1分，“保護環境” 1分）
（3）通過吸收塔⑥后，混合氣體中SO₃含量較多，不利于SO₂的催化氧化反應進行。（2分，“SO₃含量較多”1分，“不利于SO₂的催化氧化”1分）
（4）0.066 （3分，上下差0.001均可）
（5）在高溫下，空氣的氮氣和氧氣反應生成氮氧化物，有污染。低溫下，氮氧化物被還原，生成N₂，對環境保護有利。（2分，“生成氮氧化物”1分，“氮氧化物被還原”1分）

解析試題分析：生產發煙硫酸和硫酸一般經過三個過程：沸騰爐燃燒→接觸室氧化→吸收塔吸收，即先把含硫的礦石在沸騰爐內充分燃燒，然后將產生的SO₂通入接觸室內，在高溫高壓催化劑的條件下被氧氣氧化，發生反應2SO₂＋O₂2SO₃，將反應后的混合氣體通入吸收塔，SO₃被水充分吸收從而得到發煙硫酸。由上圖，含硫礦石在沸騰爐中②燃燒，將混合氣體通入接觸室④中，SO₂被O₂氧化成SO₃，將混合氣體再通入吸收塔⑥SO₃被水吸收生成硫酸，繼續通入吸收塔充分吸收，然后再通入接觸室使殘余的SO₂進一步被氧化成SO₃，再通入吸收塔被水吸收。
（1）④的設備為接觸室，反應的化學方程式為： 2SO₂＋O₂2SO₃，該反應正反應為放熱反應，為了提高SO₃的產率，不宜采取絕熱條件，而應該采取等溫過程。
（2）該反應為可逆反應，二次催化使尚未反應完全的SO₂盡量催化氧化成SO₃，可以降低成本提高原料利用率和保護環境。
（3）⑤處氣體為SO₂、O₂、SO₃的混合氣體，氣體經過吸收塔⑥后SO₃被水吸收，然后再進入吸收塔，使未被完全吸收的SO₃再次被水充分吸收，之后混合氣體中的SO₃含量很少，此時再將混合氣體再次通入接觸室⑦，那么SO₂的轉化率或者SO₃的產率會大大提高。
（4）1噸發煙硫酸中SO₃的質量分數為20%，所以m（SO₃）=0.2噸，m（H₂SO₄）=0.8噸，加水后，發生反應：SO₃ + H₂O=H₂SO₄  此時需要水m（H₂O）=，生成硫酸m（H₂SO₄）=，則總共的硫酸的質量為：m（H₂SO₄）=0.8+0.245=1.045噸，再配置成98%的成品硫酸時需要水的質量為m（H₂O）=，所以需要水的總質量m（H₂O）=0.045+0.021=0.066噸。
（5）在高溫下，空氣的氮氣和氧氣反應生成氮氧化物，有污染。低溫下，氮氧化物被SO₂還原，生成N₂，對環境保護有利。
考點：本題考查生產發煙硫酸的工藝流程。主要考察工藝流程的工藝原理和所需要的設備，工業生產與環境保護、綠色化學的關系和相關的化學計算。