Question

[化學一選修2化學與技術]分析下面兩個案例并回答有關問題．
（1）工業上生產硫酸時，利用催化氧化反應將SO₂轉化為SO₃是一個關鍵步驟．壓強及溫度對SO₂轉化率的影響如下表（原料氣各成分的體積分數為：SO₂ 7%，O₂ 11%，N₂82%）：

壓強/MPa SO2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%

①利用表中數據，如何推斷出SO₂的催化氧化反應是一個放熱反應？______
②選擇適應的催化劑，是否可以提高SO₂的轉化率？______（填“是”或“否”）是否可以增大該反應所放出的熱量？______（填“是”或“否”）．
③已知：2SO₂（g）+O₂（g）2SO₃（g），△H=-196.6k J/mol，計算每生產1萬噸98%硫酸所需要SO₃質量為______t，由SO₂生產這些SO₃時放出的熱量為______kJ．
（2）某地區已探明蘊藏有豐富的赤鐵礦（主要成分為Fe₂O₃，還含有SiO₂等雜質）、煤礦、石灰石和黏土，擬在該地區建設大型煉鐵廠．

①隨著鐵礦的開發和煉鐵廠的建立，需要在該地區相應建立焦化廠、發電廠、水泥廠等，形成規模的工業體系．據此確定上圖中相應工廠的名稱B______、D______．
②以赤鐵礦為原料，寫出高爐煉鐵中得到生鐵以及產生爐渣的化學方程式______ 2Fe+3CO₂ 、CaCO₃+SiO₂ CaSiO₃+CO₂

Answer 1

【答案】分析：（1）①采取控制變量法，壓強一定，分析溫度對平衡的影響，由表中數據可知，壓強一定時，溫度升高時，SO₂的轉化率降低，說明升高溫度有利于平衡向逆反應移動；
②催化劑縮短到達平衡時間，不影響平衡移動；反應熱只與始態和終態的能量有關，與反應條件無關，催化劑不改變始態和終態的能量；
③計算1萬噸98%的硫酸含有H₂SO₄的質量，根據關系式2H₂SO₄～2SO₃～Q=196.9kJ計算；
（2）①了解發電廠、焦化廠、發電廠、水泥廠等的工藝流程和反應原理；依據圖中的物質和轉化關系結合生產目的分析判斷；
②煉鐵是利用焦炭和空氣生產的還原劑一氧化碳還原鐵礦石得到鐵，結合鐵礦石中含有脈石等雜質影響煉鐵過程和鐵的質量，需要除去；
③從“三廢”利用、環境保護等角度考慮，依據原料利用率、污染物質的回收利用，廢物的轉化和利用，保護環境分析判斷．
解答：解：（1）①由表中數據可知，壓強一定時，溫度升高時，SO₂的轉化率降低，說明升高溫度有利于平衡向逆反應移動，故正反應為放熱反應，
故答案為：壓強一定時，溫度升高時，SO₂的轉化率降低，說明升高溫度有利于平衡向逆反應移動，故正反應為放熱反應；
②催化劑縮短到達平衡時間，不影響平衡移動，二氧化硫的轉化率不變；反應熱只與始態和終態的能量有關，與反應條件無關，催化劑不改變始態和終態的能量，使用催化劑反應熱不變，故答案為：否；否；
③1萬噸98%的硫酸含有H₂SO₄的質量為1×10¹⁰×98%=9.8×10⁹g，
令需要SO₃的質量為m，放出的熱量為y，則：
   2H₂SO₄～2SO₃～Q=196.9kJ
2×98g     2×80g     196.9kJ
9.8×10⁹g    m          y
所以2×98g：9.8×10⁹g=2×80g：m，解得m=8×10⁹g=8×10³t
所以2×98g：196.9kJ=9.8×10⁹g：y，解得y=9.85×10⁹kJ
故答案為：8×10³；9.85×10⁹；
（2）①依據流程圖分析判斷，建立焦化廠、發電廠、水泥廠等，形成規模的工業體系，煤礦用來火力發電，也可以用來煉焦得到煉鐵的還原劑，A為發電廠，B為煉焦廠，赤鐵礦和石灰石用來煉鐵和出脈石，C為煉鐵出廠，D是粘土和石灰石為原料的工藝生成判斷為水泥廠，故答案為：焦化廠；水泥廠；
②以赤鐵礦為原料，高爐煉鐵是利用焦炭生成的一氧化碳為還原劑還原鐵的氧化物得到鐵單質，反應的化學方程式為Fe₂O₃+3CO 2Fe+3CO₂，在煉鐵過程中的脈石需要用碳酸鈣除去產生爐渣，反應的化學方程式為CaCO₃+SiO₂ CaSiO₃+CO₂ ，
故答案為：Fe₂O₃+3CO 2Fe+3CO₂；CaCO₃+SiO₂ CaSiO₃+CO₂ ；
③從“三廢”利用、環境保護等角度考慮，該地區和企業在生產中應采取的一些措施有：用煉鐵廠的爐渣（或CaSiO₃）作為水泥廠的原料；用發電廠的煤矸石和粉煤灰作為水泥廠的原料；將石灰石煅燒成生石灰，用于吸收發電廠和焦化廠燃煤時產生的SO₂，減少對空氣的污染；建立污水處理系統；
故答案為：用煉鐵廠的爐渣（或CaSiO₃）作為水泥廠的原料；用發電廠的煤矸石和粉煤灰作為水泥廠的原料；將石灰石煅燒成生石灰，用于吸收發電廠和焦化廠燃煤時產生的SO₂，減少對空氣的污染；建立污水處理系統．
點評：本題考查硫酸工業、影響化學平衡的因素、反應熱的計算、多步反應計算等，難度中等，掌握利用關系式的計算；主要考查了考生對圖表信息的分析和處理能力．圖象和表格中都包含了大量的信息，而這些信息往往是隱含的，考生必須對觀察結果進行分析加工，才能發現其中所反映出來的有關規律，提取所需要的信息．