Question

[化學—選修2：化學與技術]（15分）
硫酸是工業生產中最為重要的產品之一，在化學工業的很多領域都要用到硫酸，如橡膠的硫化、表面活性劑“烷基苯硫酸鈉”的合成，鉛蓄電池的生產等。工業上生產硫酸的流程圖如下：

請回答下列問題
（1）在硫酸工業生產中，我國采用黃鐵礦為原料生產SO₂，已知1g完全燃燒放出7.2kJ的熱量燃燒反應的熱化學方程式_______          ______。 
（2）為了有利于SO₂轉化為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)中進行反應。在如圖Ⅰ所示的裝置中， A處氣體進入裝置前需凈化的原因是                          。
（3）精制爐氣（含有體積分數為7%、O₂為11%、N₂為82%）中平衡 轉化率與溫度及壓強關系如圖2所示、在實際生產中，催化氧化反應的條件選擇常壓、左右（對應圖中A點）：而沒有選擇轉化率更高的B或C點對應的反應條件，其原因分別是：      、      。

（4）已知：焙燒明礬的化學方程式4KAl（SO₄）2?12H₂O+3S═2K₂SO₄+2Al₂O₃+9SO₂+48H₂O。
焙燒711t明礬（M=474g/mol），若 的利用率為95%，可生產質量分數為98%的硫酸    t。（結果保留小數點后一位）
（5）除硫酸工業外，還有許多工業生產。下列相關的工業生產流程中正確的是        

A．向裝置中通入氮氣且保持體積不變

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，及時轉移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；水蒸氣對設備和生產有不良影響
（3）不選B點，因為壓強越大對設備的投資越大，消耗的動能大，二氧化硫原料的轉化率在1個大氣壓時已達97%左右，再提高壓強二氧化硫的轉化率提高余地很小，所以采用1個大氣壓；
不選C點，因為溫度越低，二氧化硫的轉化率雖然更高，但是催化劑的催化效率受到影響，450°C時，催化劑的催化效率最高，所以選擇A點，不選C點。
（4）320.6
（5）B

解析試題分析：（1）FeS₂的摩爾質量是120g/mol，則4mol的FeS₂完全燃燒放出的熱量為7.2kJ×120×4=3456kJ，所以熱化學方程式為4FeS₂(s)+11O₂(g)=2Fe₂O₃(s)+8SO₂(g)△H=-3456kJ/mol
（2）二氧化硫轉化為三氧化硫在接觸室中進行；A處氣體中含有雜質易使催化劑中毒，且水蒸氣對設備和生產有不良影響，所以在進入接觸室之前需凈化；
（3）在反應2SO₂+O₂?2SO₃中，SO₂轉化率較高，工業上一般不采用更高的壓強，因為壓強越大對設備的投資越大，消耗的動能越大．SO₂的轉化率在1個大氣壓下的轉化率已達到97%左右，在提高壓強，SO₂的轉化率提高的余地很小；本反應為放熱反應，工業生產中不采取較低的溫度，因為溫度越低，SO₂的轉化率雖然更高，但催化劑的催化作用會受影響，450℃時，催化劑的催化效率最高。所以選擇A點。
（4）根據明礬焙燒的化學方程式及元素守恒規律得：4KAl（SO₄）2?12H₂O～9SO₂～9H₂SO₄，二氧化硫的利用率為95%，設焙燒711t明礬可生成98%的硫酸質量為x：4KAl（SO₄）2?12H₂O～9H₂SO₄，
4×474          9×98
711t×95%        x×98%
解得x=320.6t
（5）A、通入與反應無關的氣體，體積不變，壓強增大，對平衡無影響，且對反應裝置無利，錯誤；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，反應速率加快，平衡正向移動，二氧化硫的轉化率提高，對生產有利，正確；C、催化劑只能加快反應速率，不能改變平衡，錯誤；D、轉移SO₃減少生成物濃度，平衡正向移動，二氧化硫轉化率提高，但溫度降低會使催化劑的活性降低，反應速率減慢，對生產不利，錯誤，答案選B。
考點：考查工業中硫酸的制備，二氧化硫的催化氧化，反應的計算，化學平衡理論的應用