Question

某化學興趣小組的同學為模擬工業制造硫酸的生產過程，設計了如圖所示的裝置，請根據圖回答問題：

（1）裝置A用來制取氧氣，寫出相應的化學方程式

2H₂O₂

MnO2  .

2H₂O+O₂↑或2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑

；
（2）燃燒爐內放一定量黃鐵礦粉末，在高溫條件下和A裝置制出的氧氣充分反應，其化學方程式為

4FeS₂+11O₂

高溫  .

2Fe₂O₃+8SO₂

；現有含FeS₂60%的黃鐵礦100t，如果在煅燒的過程中，S損失了18%，則可生產質量分數為98%的硫酸

82t

噸．
（3）C裝置為凈化裝置，若無該裝置，將混合氣體直接通入D裝置，除對設備有腐蝕外，還會造成的后果是

催化劑中毒

；
（4）工業上利用2SO₂（g）+O₂（g）═2SO₃（g）反應制備SO₃，下表是在一定條件下測定的SO₂的轉化率，根據表格中提供的數據，請選擇工業利用該反應制備SO₃的溫度與壓強

常壓、400℃～500℃

．

壓強/Mpa 轉化率 溫度/℃	0.1	0.5	1	10
400	99.2	99.6	99.7	99.9
500	93.5	96.9	97.8	99.3
600	73.7	85.8	89.5	96.4

（5）為檢驗從接觸室出來的氣體成分，甲同學設計如下實驗：
①A中盛放的試劑是

BaCl₂溶液

；
②B中盛放98.3%濃硫酸的作用是

除SO₃氣體

，乙同學提出可用飽和NaHSO₃溶液代替98.3%的濃硫酸，請你判斷乙同學的方案

不可行

 （填“可行”或“不可行”），說明理由

SO₃與NaHSO₃反應生成SO₂，對實驗結果造成干擾

；
③C中盛放的試劑是

酸性KMnO₄溶液或溴水

，其作用是

檢驗并吸收SO₂

；
（6）在硫酸工業的尾氣中，SO₂是主要大氣污染物，必須進行凈化處理，處理方法可采用過量氨氣吸收，反應的離子方程式是

SO₂+2NH₃?H₂O=SO₃^2-+2NH₄⁺

．

Answer 1

分析：1、實驗室制取氧氣常用方法有：①2KClO₃

催化劑 .

△

KCl+3O₂↑、②2KMnO₄

△   .

K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑、
③2H₂O₂

MnO2  .

2H₂O+O₂↑、④2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑，①和②的裝置采用固體+固體

加熱

氣體的典型裝置，③和④的裝置采用固體+液體→氣體的典型裝置．
2、工業接觸法制硫酸三步驟：第一步：SO₂的制取，第二步：SO₃的制取，第三步：硫酸的生成；
工業接觸法制硫酸三原理：4FeS₂+11O₂

高溫  .

2Fe₂O₃+8SO₂ 、2SO₂+O₂

催化劑

△

2SO₃、SO₃+H₂O═H₂SO₄，
工業接觸法制硫酸三設備：沸騰爐、接觸室、吸收塔．

解答：解（1）實驗室制取氧氣常用方法有：①2KClO₃

催化劑 .

△

KCl+3O₂↑、②2KMnO₄

△   .

K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑、
③2H₂O₂

MnO2  .

2H₂O+O₂↑、④2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑，①和②的裝置采用固體+固體

加熱

氣體的典型裝置，③和④的裝置采用固體+液體→氣體的典型裝置．
裝置A中錐形瓶盛放固體、分液漏斗盛放液體，所以裝置A符合固體+液體→氣體的典型裝置，
可以采用2H₂O₂

MnO2  .

2H₂O+O₂↑、2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑反應原理制取氧氣．
故答案為：2H₂O₂

MnO2  .

2H₂O+O₂↑或2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑；
（2）沸騰爐中黃鐵礦與氧氣的反應為：4FeS₂+11O₂

高溫  .

2Fe₂O₃+8SO₂ ，接觸室中反應為：2SO₂+O₂

催化劑

△

2SO₃，吸收塔中反應為：SO₃+H₂O═H₂SO₄，設可生產質量分數為98%的硫酸質量為x，FeS₂的質量為：100t×60%，FeS₂中所含硫元素的質量為：100t×60%×

64

120

，
根據硫元素守恒得：S～SO₂ ～SO₃ ～H₂SO₄
                          32                 98   
         100t×60%×

64

120

×（1-18%）           x×98%
            解得 x=82t，
故答案為：4FeS₂+11O₂

高溫  .

2Fe₂O₃+8SO₂；82t；
（3）從沸騰爐中出來的成分為SO₂、O₂、N₂、水蒸氣、灰塵、砷硒化合物等，砷硒化合物能導致催化劑失去催化活性，所以在進入接觸室前要除去水蒸氣、灰塵、砷硒化合物，
故答案為：催化劑中毒；
（4）工業上利用2SO₂（g）+O₂（g）═2SO₃（g），△H=-98.3kJ?mol^-1反應制備SO₃，該反應為可逆反應，正方向為放熱反應，從化學平衡移動條件分析應該采用低溫高壓．而根據表格中提供的數據發現，壓強的增加引起SO₂轉化率的變化并不明顯，所以工業上直接采用常壓；同時反應中使用催化劑，為了使催化劑的催化活性最強，根據表格中提供的數據應該采用400℃～500℃，
故答案為：常壓、400℃～500℃；
（5）從接觸室出來的氣體成分SO₂、O₂、N₂、SO₃，從實驗裝置分析，主要是為了檢驗SO₂、SO₃氣體，SO₃氣體可溶解與濃硫酸中，所以裝置B采用98.3%的濃硫酸目的是除去SO₃氣體的，則SO₃氣體的檢驗只能在裝置A中進行，SO₂氣體的檢驗則在裝置C中進行．
SO₃氣體的檢驗利用BaCl₂溶液，BaCl₂溶液可與SO₃氣體反應：BaCl₂+SO₃+H₂O═BaSO₄↓+2HCl，而BaCl₂溶液不與SO₂氣體反應，所以觀察到裝置A中出現白色沉淀，則可確定氣體中含有SO₃氣體．如果采用飽和NaHSO₃溶液代替98.3%的濃硫酸，則飽和NaHSO₃溶液既可吸收SO₃氣體，反應方程式為：2NaHSO₃+SO₃═Na₂SO₄+2SO₂↑+H₂O，該反應生成SO₂氣體，會影響后面裝置C中SO₂氣體的檢驗．
SO₂氣體的檢驗利用品紅溶液或溴水或酸性KMnO₄溶液等，SO₂氣體可使品紅溶液的紅色褪色，再加熱又恢復紅色；SO₂氣體可使溴水的橙色褪色，反應為：SO₂+Br₂+2H₂O═H₂SO₄+2HBr，SO₂氣體可使酸性KMnO₄溶液紫色褪色，反應為：2KMnO₄+5SO₂+2H₂O═K₂SO₄+2MnSO₄+2H₂SO₄；
故答案為：①BaCl₂溶液；②除SO₃氣體；不可行；SO₃與NaHSO₃反應生成SO₂，對實驗結果造成干擾；③酸性KMnO₄溶液或溴水；檢驗并吸收SO₂；
（6）在硫酸工業的尾氣中，SO₂是主要大氣污染物，必須進行凈化處理，處理方法可采用過量氨氣吸收，
反應方程式為：SO₂+2NH₃?H₂O═（NH₄）₂SO₃，離子方程式為：SO₂+2NH₃?H₂O=SO₃^2-+2NH₄⁺，故答案為：SO₂+2NH₃?H₂O=SO₃^2-+2NH₄⁺．

點評：本題主要考查計算能力、分析能力、實驗設計能力，要求較高，需要扎實的基礎知識作依托，尤其是檢驗從接觸室出來的氣體成分需要有對知識的綜合運用和遷移能力．