Question

[化學(xué)—選修2：化學(xué)與技術(shù)]（15分）

硫酸是工業(yè)生產(chǎn)中最為重要的產(chǎn)品之一，在化學(xué)工業(yè)的很多領(lǐng)域都要用到硫酸，如橡膠的硫化、表面活性劑“烷基苯硫酸鈉”的合成，鉛蓄電池的生產(chǎn)等。工業(yè)上生產(chǎn)硫酸的流程圖如下：

請(qǐng)回答下列問(wèn)題

（1）在硫酸工業(yè)生產(chǎn)中，我國(guó)采用黃鐵礦為原料生產(chǎn)SO2，已知1g完全燃燒放出7.2kJ的熱量燃燒反應(yīng)的熱化學(xué)方程式_______ ______。 

（2）為了有利于SO2轉(zhuǎn)化為SO3，且能充分利用熱能，采用在具有多層催化劑且又熱交換的________(填儀器名稱(chēng))中進(jìn)行反應(yīng)。在如圖Ⅰ所示的裝置中， A處氣體進(jìn)入裝置前需凈化的原因是 。

（3）精制爐氣（含有體積分?jǐn)?shù)為7%、O2為11%、N2為82%）中平衡 轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強(qiáng)關(guān)系如圖2所示、在實(shí)際生產(chǎn)中，催化氧化反應(yīng)的條件選擇常壓、左右（對(duì)應(yīng)圖中A點(diǎn)）：而沒(méi)有選擇轉(zhuǎn)化率更高的B或C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的反應(yīng)條件，其原因分別是： 、 。

（4）已知：焙燒明礬的化學(xué)方程式4KAl（SO4）2?12H2O+3S═2K2SO4+2Al2O3+9SO2+48H2O。

焙燒711t明礬（M=474g/mol），若 的利用率為95%，可生產(chǎn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的硫酸 t。（結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后一位）

（5）除硫酸工業(yè)外，還有許多工業(yè)生產(chǎn)。下列相關(guān)的工業(yè)生產(chǎn)流程中正確的是

A．向裝置中通入氮?dú)馇冶３煮w積不變 

B．向裝置中通入氧氣且保持體積不變 

C．添加更多的催化劑 

D．降低溫度，及時(shí)轉(zhuǎn)移SO3

 

Answer 1

（第四空3分，其余2分）

（1）4FeS2(s)+11O2(g)=2Fe2O3(s)+8SO2(g) △H=-3456kJ/mol

（2）接觸室 防止催化劑中毒；水蒸氣對(duì)設(shè)備和生產(chǎn)有不良影響

（3）不選B點(diǎn)，因?yàn)閴簭?qiáng)越大對(duì)設(shè)備的投資越大，消耗的動(dòng)能大，二氧化硫原料的轉(zhuǎn)化率在1個(gè)大氣壓時(shí)已達(dá)97%左右，再提高壓強(qiáng)二氧化硫的轉(zhuǎn)化率提高余地很小，所以采用1個(gè)大氣壓；

不選C點(diǎn)，因?yàn)闇囟仍降�，二氧化硫的轉(zhuǎn)化率雖然更高，但是催化劑的催化效率受到影響，450°C時(shí)，催化劑的催化效率最高，所以選擇A點(diǎn)，不選C點(diǎn)。

（4）320.6

（5）B

【解析】

試題分析：（1）FeS2的摩爾質(zhì)量是120g/mol，則4mol的FeS2完全燃燒放出的熱量為7.2kJ×120×4=3456kJ，所以熱化學(xué)方程式為4FeS2(s)+11O2(g)=2Fe2O3(s)+8SO2(g) △H=-3456kJ/mol

（2）二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫在接觸室中進(jìn)行；A處氣體中含有雜質(zhì)易使催化劑中毒，且水蒸氣對(duì)設(shè)備和生產(chǎn)有不良影響，所以在進(jìn)入接觸室之前需凈化；

（3）在反應(yīng)2SO2+O2?2SO3中，SO2轉(zhuǎn)化率較高，工業(yè)上一般不采用更高的壓強(qiáng)，因?yàn)閴簭?qiáng)越大對(duì)設(shè)備的投資越大，消耗的動(dòng)能越大．SO2的轉(zhuǎn)化率在1個(gè)大氣壓下的轉(zhuǎn)化率已達(dá)到97%左右，在提高壓強(qiáng)，SO2的轉(zhuǎn)化率提高的余地很小；本反應(yīng)為放熱反應(yīng)，工業(yè)生產(chǎn)中不采取較低的溫度，因?yàn)闇囟仍降�，SO2的轉(zhuǎn)化率雖然更高，但催化劑的催化作用會(huì)受影響，450℃時(shí)，催化劑的催化效率最高。所以選擇A點(diǎn)。

（4）根據(jù)明礬焙燒的化學(xué)方程式及元素守恒規(guī)律得：4KAl（SO4）2?12H2O～9SO2～9H2SO4，二氧化硫的利用率為95%，設(shè)焙燒711t明礬可生成98%的硫酸質(zhì)量為x：4KAl（SO4）2?12H2O～9H2SO4，

4×474 9×98

711t×95% x×98%

解得x=320.6t

（5）A、通入與反應(yīng)無(wú)關(guān)的氣體，體積不變，壓強(qiáng)增大，對(duì)平衡無(wú)影響，且對(duì)反應(yīng)裝置無(wú)利，錯(cuò)誤；B、向裝置中通入氧氣且保持體積不變，可以增大氧氣的濃度，反應(yīng)速率加快，平衡正向移動(dòng)，二氧化硫的轉(zhuǎn)化率提高，對(duì)生產(chǎn)有利，正確；C、催化劑只能加快反應(yīng)速率，不能改變平衡，錯(cuò)誤；D、轉(zhuǎn)移SO3減少生成物濃度，平衡正向移動(dòng)，二氧化硫轉(zhuǎn)化率提高，但溫度降低會(huì)使催化劑的活性降低，反應(yīng)速率減慢，對(duì)生產(chǎn)不利，錯(cuò)誤，答案選B。

考點(diǎn)：考查工業(yè)中硫酸的制備，二氧化硫的催化氧化，反應(yīng)的計(jì)算，化學(xué)平衡理論的應(yīng)用