Question

10．以黃鐵礦（主要成分是FeS₂）為原料生產(chǎn)硫酸的工藝流程圖如下：

（1）若從下列四個(gè)城市中選擇一處新建一座硫酸廠，你認(rèn)為廠址宜選在C的郊區(qū)（填標(biāo)號(hào)）
A．有豐富黃鐵礦資源的城市   B．風(fēng)光秀麗的旅游城市
C．消耗硫酸甚多的工業(yè)城市   D．人口稠密的文化、商業(yè)中心城市
（2）沸騰爐中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 2Fe₂O₃+8SO₂，接觸室中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是2SO₂+O_{2$?_{△}^{催化劑}$} 2SO₃．
（3）在硫酸工業(yè)制法中，下列生產(chǎn)操作與說(shuō)明生產(chǎn)操作的主要原因二者都正確的是D．
A．硫鐵礦燃燒前要粉碎，因?yàn)榇髩K的黃鐵礦不能在空氣中反應(yīng)
B．從沸騰爐出來(lái)的氣體要凈化，因?yàn)闋t氣中的SO₂會(huì)與雜質(zhì)反應(yīng)
C．SO₂氧化成SO₃要用催化劑，這樣可提高SO₂的轉(zhuǎn)化率
D．SO₃用98.3%的濃硫酸來(lái)吸收，目的是為了防止形成酸霧，以提髙SO₃吸收效率
（4）表是壓強(qiáng)對(duì)SO₂平衡轉(zhuǎn)化率的影響

壓強(qiáng)Mpa 轉(zhuǎn)化率% 溫度/℃	0.1	0.5	1	10
400	99.2	99.6	99.7	99.9

對(duì)于SO₂轉(zhuǎn)化SO₃的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)可使轉(zhuǎn)化率升高，但在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中常采用常壓條件，理由是常壓下轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，增加壓強(qiáng)可提高轉(zhuǎn)化率，但增加了設(shè)備、動(dòng)力成本等，效益反而下降．
（5）某工廠用500t含硫量為48%的黃鐵礦制備硫酸，若在沸騰爐中有2%的FeS₂損失，在接觸室中SO₃的產(chǎn)率為96%，則可得到98%的濃硫酸的質(zhì)量是376.32tt．

Answer 1

分析 （1）硫酸工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)考慮綜合經(jīng)濟(jì)效益問(wèn)題，同時(shí)要考慮當(dāng)?shù)氐男枨罅壳闆r，硫酸廠是一座具有一定污染性的工廠；
（2）沸騰爐中硫鐵礦與氧氣在高溫下反應(yīng)生成三氧化二鐵和二氧化硫，二氧化硫在接觸室中被氧化成三氧化硫；
（3）根據(jù)工業(yè)上接觸法制硫酸的原料、過(guò)程，制硫酸原料為硫鐵礦，進(jìn)樣前首先將硫鐵礦粉碎，增大接觸面積；生產(chǎn)分三步，二氧化硫的制取和凈化、二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫、三氧化硫的吸收，分別在沸騰爐、接觸室、吸收塔中進(jìn)行；其中從沸騰爐中出來(lái)的氣體需要凈化和干燥，是為了防止在接觸室中的催化劑中毒，在接觸室中的催化劑可以加快反應(yīng)的速率，但不會(huì)影響平衡的移動(dòng)，二氧化硫的轉(zhuǎn)化率不會(huì)改變；在吸收塔中生成的三氧化硫與水反應(yīng)生成硫酸，若直接用水吸收會(huì)形成酸霧，因此在生產(chǎn)實(shí)踐中采用98.3%的濃硫酸吸收，這樣可以防止形成酸霧，使三氧化硫吸收完全等來(lái)解題；
（4）根據(jù)可逆2SO₂+O₂$?_{加熱}^{催化劑}$2SO₃進(jìn)行分析，增大壓強(qiáng)，平衡向氣體體積縮小的方向移動(dòng)，即正向移動(dòng)，提高了轉(zhuǎn)化率，結(jié)合表中數(shù)據(jù)分析采用常壓的理由；
（5）根據(jù)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化關(guān)系式計(jì)算，關(guān)系式為：FeS₂～2SO₂～2SO₃～2H₂SO₄．

解答 解：（1）A．硫酸廠廠址的選擇綜合經(jīng)濟(jì)效益考慮，硫酸產(chǎn)品的運(yùn)輸成本要高于原料黃鐵礦的運(yùn)輸成本，故A錯(cuò)誤；
B．風(fēng)光秀麗的旅游城市，不靠近原料基地，也不靠近消耗硫酸的工業(yè)城市，導(dǎo)致原料運(yùn)輸與產(chǎn)品運(yùn)輸成本高，同時(shí)還會(huì)對(duì)旅游城市造成污染，故B錯(cuò)誤；
C．由于硫酸產(chǎn)品的運(yùn)輸成本要高于原料黃鐵礦的運(yùn)輸成本，所以廠址應(yīng)選擇在消耗硫酸甚多的工業(yè)城市，故C正確；
D、人口稠密的文化、商業(yè)中心城市，遠(yuǎn)離原料基地和消耗硫酸的工業(yè)城市，同時(shí)為了防止污染環(huán)境，不宜考慮作為硫酸廠廠址，故D錯(cuò)誤；
故答案為：C；
（2）沸騰爐中硫鐵礦與氧氣在高溫下反應(yīng)生成三氧化二鐵和二氧化硫，4FeS₂+11O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 2Fe₂O₃+8SO₂；二氧化硫在接觸室中被氧化成三氧化硫； 2SO₂+O_{2$?_{△}^{催化劑}$} 2SO₃
故答案為：4FeS₂+11O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 2Fe₂O₃+8SO₂；2SO₂+O_{2$?_{△}^{催化劑}$} 2SO₃；
（3）A．硫鐵礦燃燒前需要粉碎，因?yàn)榇髩K的硫鐵礦不能在空氣中充分燃燒，硫鐵礦粉碎后與氧氣的接觸面積增大，利于其充分的燃燒，大塊的硫鐵礦在空氣中也能燃燒，只是燃燒不充分，會(huì)造成資源的浪費(fèi)，故A錯(cuò)誤；
B．從沸騰爐出來(lái)的爐氣需凈化是因?yàn)槠渲袔в械碾s質(zhì)氣體會(huì)讓下一步接觸室里面的催化劑中毒，催化劑中毒會(huì)影響反應(yīng)的進(jìn)度，故B錯(cuò)誤；
C．一般來(lái)說(shuō)，催化劑是指參與化學(xué)反應(yīng)中間歷程的，又能選擇性地改變化學(xué)反應(yīng)速率，而其本身的數(shù)量和化學(xué)性質(zhì)在反應(yīng)前后基本保持不變的物質(zhì)．通常把催化劑可以加速化學(xué)反應(yīng)，使反應(yīng)盡快達(dá)到平衡狀態(tài)，但不影響化學(xué)平衡，故二氧化硫的轉(zhuǎn)化率不會(huì)改變，只是達(dá)到平衡的時(shí)間減短了，故C錯(cuò)誤；
D．生成的三氧化硫與水反應(yīng)生成硫酸，若直接用水吸收會(huì)形成酸霧，因此在生產(chǎn)實(shí)踐中采用98.3%的濃硫酸吸收，這樣可以防止形成酸霧，使三氧化硫吸收完全，故D正確；
故答案為：D；
（4）根據(jù)可逆2SO₂+O₂$?_{加熱}^{催化劑}$2SO₃進(jìn)行分析，增大壓強(qiáng)，平衡向氣體體積縮小的方向移動(dòng)，即正向移動(dòng)，提高了轉(zhuǎn)化率，結(jié)合表中數(shù)據(jù)可知：常壓下轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，增加壓強(qiáng)可提高轉(zhuǎn)化率，但增加了設(shè)備、動(dòng)力成本等，效益反而下降； 
故答案為：升高；常壓下轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，增加壓強(qiáng)可提高轉(zhuǎn)化率，但增加了設(shè)備、動(dòng)力成本等，效益反而下降；
（5）根據(jù)S元素守恒可知：FeS₂～～～～～～～～～～～～～2H₂SO₄
                      120t                           2×98t
                     500t×0.48×（1-2%）×0.96        m×0.98
列比例式：$\frac{120t}{500t×0.48×0.98×0.96}$=$\frac{2×98t}{m×0.98}$
解得m=376.32t；
故答案為：376.32t．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了工業(yè)上接觸法制硫酸的原料、過(guò)程，明確發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)及設(shè)備、原料、在生產(chǎn)實(shí)踐中采用98.3%的濃硫酸吸收的原因，并注意理論與實(shí)際生產(chǎn)中的差別來(lái)解答，還考查了有關(guān)計(jì)算以及外界條件對(duì)反應(yīng)速率和平衡狀態(tài)的影響等，難度適中．