Question

【題目】硫酸是一種重要的化工原料，也是實驗室中常用的化學試劑。下面是對硫酸的性質、制取、用途等方面的探究，請你共同參與并回答有關問題。

（探究一）硫酸的性質

（1）濃硫酸稀釋過程如圖1所示，b中盛放的物質是_______。

（2）如圖2將適量的稀硫酸分別加入A～E五只燒杯中。有氣泡產生的是_____，證明C中發生化學反應的現象是__________。

（探究二）硫酸的工業制法

工業上以黃鐵礦（主要成分是FeS2）為原料生產硫酸的工藝流程如圖所示，其中沸騰爐內發生的主要反應是：4FeS2 +11O2 2Fe2O3 +8SO2 。

（1）接觸室中發生的化學方程式為___________。

（2）依據生產硫酸的工藝流程圖，下列說法正確的是_____（填字母序號）。

A 為使黃鐵礦充分燃燒，需將其粉碎

B 沸騰爐排出的礦渣可供煉鐵

C 催化劑能夠提高SO2的反應速率和產量

D 吸收塔中98.3%的硫酸從頂部噴灑，增大接觸面積，有利于吸收SO3

（3）接觸室中的SO2平衡轉化率與溫度及壓強的關系如圖所示，催化劑活性與溫度的關系如圖所示。在實際生產中，SO2催化氧化反應的條件選擇常壓和450℃（對應圖中A點），而沒有選擇SO2轉化率更高的C點對應的反應條件，其原因是_________。

（探究三）探究某黃鐵礦中FeS2的含量。

同學們進行了如下實驗探究。

（查閱資料）Na2SO3 +H2O2 ＝Na2SO4 +H2O

（實驗探究）

Ⅰ稱取1.60g黃鐵礦樣品放入如圖所示裝置（夾持裝置省略）的石英管中，從a處不斷地緩緩通入空氣、高溫灼燒石英管中的黃鐵礦樣品至完全反應（同工業上沸騰爐內的反應）。

Ⅱ反應結束后，將乙瓶中的溶液進行如圖處理。

（問題討論）I中裝置甲瓶內盛放的試劑是氫氧化鈉溶液，其作用是_____。

（含量測定）計算該黃鐵礦中FeS2的質量分數為_____。（寫出計算過程）

Answer 1

【答案】濃硫酸 BD 溶液由紅色變無色 ABD C點對應的溫度低，催化劑活性低，反應速率也慢 吸收空氣中的二氧化碳，防止干擾實驗 75%

【解析】

探究一：（1）濃硫酸稀釋是將濃硫酸沿燒杯壁緩緩加入盛有水的燒杯中，并不斷用玻璃棒攪拌，所以量筒中盛放的是濃硫酸；

（2）銅片和稀硫酸不反應，鎂條和稀硫酸反應生成氫氣和硫酸鎂，氫氧化鈣和稀硫酸反應生成硫酸鈣和水，碳酸氫鈉和稀硫酸反應生成硫酸鈉、二氧化碳和水，氧化鎂和稀硫酸反應生成硫酸鎂和水，所以有氣泡產生的是BD；C中氫氧化鈣和稀硫酸反應生成硫酸鈣和水，溶液由堿性變為中性，溶液由紅色變無色。

探究二：（1）從圖中信息可知，接觸室中二氧化硫和氧氣反應生成三氧化硫，化學方程式為：；

（2）將黃鐵礦粉碎，增大了接觸面積，可以使黃鐵礦充分燃燒，A正確；沸騰爐排出的礦渣是氧化鐵，可供煉鐵，B正確；催化劑只能夠提高SO2的反應速率，不能提高產量，C錯誤；吸收塔中98.3%的硫酸從頂部噴灑，增大接觸面積，有利于吸收SO3，D正確；故選ABD；

（3）根據圖像分析，溫度越高，二氧化硫的轉化率越高；催化劑的活性隨溫度升高，先增大后減小。在實際生產中，會選用A點對應的反應條件而非C點，是因為C點對應的溫度低，催化劑活性低，反應速率也慢。

探究三：將空氣通入裝置甲，甲中盛有氫氧化鈉溶液，將空氣中的二氧化碳吸收，因為裝置最后需要用氫氧化鈉溶液吸收二氧化硫，所以必須防止二氧化碳干擾試驗，氧氣和黃鐵礦在高溫條件下反應生成氧化鐵和二氧化硫，最后用氫氧化鈉溶液吸收二氧化硫。所以I中裝置甲瓶的作用是吸收空氣中的二氧化碳，防止干擾實驗；

洗滌烘干得到的固體是硫酸鋇，設樣品中FeS2的質量為x。

根據化學方程式：、、、 可得如下關系：

則黃鐵礦中FeS2的質量分數