Question

【題目】【化學(xué)―選修2：化學(xué)與技術(shù)】以硫鐵礦（主要成分為FeS2）為原料制取硫酸，其礦渣可用來(lái)煉鐵。生產(chǎn)工藝示意圖如下：

（1）配平煅燒硫鐵礦的反應(yīng)方程式：______FeS2+________O2→_____Fe2O3+_____＿SO2。實(shí)際生產(chǎn)中向沸騰爐通入的空氣量要大于鍛燒硫鐵礦所需空氣量．其目的是____________________。接觸室和熱風(fēng)爐中都裝有熱交換器，可用反應(yīng)的余熱將通入的氣體加熱，這樣做的好處是_____________________。

（2）生產(chǎn)硫酸時(shí)，吸收塔中用98.3%的硫酸吸收而不用水吸收SO3的原因是______________。用含FeS280%的硫鐵礦生產(chǎn)硫酸，如果煅燒時(shí)有5%的硫損失，SO2轉(zhuǎn)變成SO3的轉(zhuǎn)化率為80%，那么生產(chǎn)98%的濃硫酸3噸，則需要這種硫鐵礦___________噸。

（3）CO還原Fe2O3的冶鐵過(guò)程中，反應(yīng)物、生成物和溫度之間的關(guān)系如圖所示．

(圖中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四條曲線是四個(gè)化學(xué)反應(yīng)平衡時(shí)的氣相組成對(duì)溫度作圖得到的；A、B、C、D四個(gè)區(qū)域分別是Fe2O3、Fe3O4、FeO、Fe穩(wěn)定存在的區(qū)域)

①冶煉高爐產(chǎn)生的高爐煤氣的主要成分有__________和剩余的CO。

②據(jù)圖分析，下列說(shuō)法正確的是________(填字母)。

a．溫度低于570 ℃時(shí)，Fe2O3還原焙燒的產(chǎn)物中不含FeO

b．溫度越高，Fe2O3還原焙燒得到的固體物質(zhì)組成中Fe元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高

c．Fe2O3還原焙燒過(guò)程中及時(shí)除去CO2有利于提高Fe的產(chǎn)率

③800℃時(shí)，混合氣體中CO2體積分?jǐn)?shù)為40%時(shí)，Fe2O3用CO還原焙燒反應(yīng)的化學(xué)方程式為____________。

Answer 1

【答案】（1）4、11、2、8提高FeS2的利用率(或使FeS2充分反應(yīng)，2分）充分利用反應(yīng)放出的熱量，降低生產(chǎn)成本；

（2）防止產(chǎn)生酸霧，使SO3能夠被充分吸收2.96；

（3）①N2、CO2 ②ac ③Fe2O3+CO2FeO+CO2

【解析】

試題分析：(l)FeS2中鐵元素由+2價(jià)升高到+3價(jià)，硫元素由-1價(jià)升高到+4價(jià)，FeS2共升高11價(jià)，O2共降低2×2=4價(jià)，根據(jù)電子得失守恒可配平得4FeS2+11O22Fe2O3 +8SO2；工業(yè)生產(chǎn)中要考慮經(jīng)濟(jì)效益，故充分利用原料和充分利用能源都能夠降低生產(chǎn)成本。

(2)濃硫酸吸水會(huì)放出大量的熱，若用水吸收SO3會(huì)形成酸霧，降低吸收效率；根據(jù)反應(yīng)前后硫元素守恒思想可列等式進(jìn)行計(jì)算。設(shè)需要這種黃鐵礦的質(zhì)量是x，則：

FeS2 2H2S04

120 98×2

x×80%×(1- 5%)×80% 3t×98%

所以120×3t×98%=x×80%×(1—5%)×80%×98×2，解得x=2．96（噸）；

(3)①由CO還原Fe2O3的冶鐵過(guò)程的反應(yīng)物、生成物關(guān)系圖可知，高爐冶鐵過(guò)程中會(huì)有CO、CO2、Fe3O4、FeO、Fe等物質(zhì)生成，另外通入的空氣中的氮?dú)獠粫?huì)參加反應(yīng)，所以冶煉高爐產(chǎn)生的高爐煤氣的主要成分有N2、CO2和剩余的CO。

②a、由圖可知，FeO在C區(qū)穩(wěn)定，對(duì)應(yīng)的溫度高于570℃，a正確；b、鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由高到低為：Fe＞FeO＞Fe304＞Fe2O3，對(duì)于反應(yīng)Ⅱ知，升高溫度時(shí)，C02體積分?jǐn)?shù)減小，即升溫平衡逆向移動(dòng)，FeO轉(zhuǎn)化成Fe3O4，鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)減小，所以含量不僅與溫度有關(guān)，還與CO氣體的比例有關(guān)，b錯(cuò)誤；c、分離CO2可使四個(gè)反應(yīng)的平衡均正向移動(dòng)，有利于Fe含量的增加，c正確。答案選ac；

③由圖可知，“800℃、CO2體積分?jǐn)?shù)為40%”時(shí)，在C區(qū)，此時(shí)為FeO的穩(wěn)定區(qū)域，故產(chǎn)物為FeO，反應(yīng)的方程式是Fe2O3+CO2FeO+CO2。