Question

某化學(xué)興趣小組的同學(xué)為模擬工業(yè)制造硫酸的生產(chǎn)過(guò)程，設(shè)計(jì)了如圖所示的裝置，請(qǐng)根據(jù)圖回答問(wèn)題：

（1）裝置A用來(lái)制取氧氣，寫(xiě)出相應(yīng)的化學(xué)方程式

2H₂O₂

MnO2  .

2H₂O+O₂↑或2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑

；
（2）燃燒爐內(nèi)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(yīng)，其化學(xué)方程式為

4FeS₂+11O₂

高溫  .

2Fe₂O₃+8SO₂

；現(xiàn)有含F(xiàn)eS₂60%的黃鐵礦100t，如果在煅燒的過(guò)程中，S損失了18%，則可生產(chǎn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的硫酸

82t

噸．
（3）C裝置為凈化裝置，若無(wú)該裝置，將混合氣體直接通入D裝置，除對(duì)設(shè)備有腐蝕外，還會(huì)造成的后果是

催化劑中毒

；
（4）工業(yè)上利用2SO₂（g）+O₂（g）═2SO₃（g）反應(yīng)制備SO₃，下表是在一定條件下測(cè)定的SO₂的轉(zhuǎn)化率，根據(jù)表格中提供的數(shù)據(jù)，請(qǐng)選擇工業(yè)利用該反應(yīng)制備SO₃的溫度與壓強(qiáng)

常壓、400℃～500℃

．

壓強(qiáng)/Mpa 轉(zhuǎn)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(yàn)從接觸室出來(lái)的氣體成分，甲同學(xué)設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)：
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(xué)提出可用飽和NaHSO₃溶液代替98.3%的濃硫酸，請(qǐng)你判斷乙同學(xué)的方案

不可行

 （填“可行”或“不可行”），說(shuō)明理由

SO₃與NaHSO₃反應(yīng)生成SO₂，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)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(yàn)并吸收SO₂

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

SO₂+2NH₃?H₂O=SO₃^2-+2NH₄⁺

．

Answer 1

分析：1、實(shí)驗(yàn)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(yè)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(yè)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(yè)接觸法制硫酸三設(shè)備：沸騰爐、接觸室、吸收塔．

解答：解（1）實(shí)驗(yàn)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(yīng)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(yīng)為：4FeS₂+11O₂

高溫  .

2Fe₂O₃+8SO₂ ，接觸室中反應(yīng)為：2SO₂+O₂

催化劑

△

2SO₃，吸收塔中反應(yīng)為：SO₃+H₂O═H₂SO₄，設(shè)可生產(chǎn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的硫酸質(zhì)量為x，F(xiàn)eS₂的質(zhì)量為：100t×60%，F(xiàn)eS₂中所含硫元素的質(zhì)量為：100t×60%×

64

120

，
根據(jù)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(lái)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(dǎo)致催化劑失去催化活性，所以在進(jìn)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(yè)上利用2SO₂（g）+O₂（g）═2SO₃（g），△H=-98.3kJ?mol^-1反應(yīng)制備SO₃，該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，正方向?yàn)榉艧岱磻?yīng)，從化學(xué)平衡移動(dòng)條件分析應(yīng)該采用低溫高壓．而根據(jù)表格中提供的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，壓強(qiáng)的增加引起SO₂轉(zhuǎn)化率的變化并不明顯，所以工業(yè)上直接采用常壓；同時(shí)反應(yīng)中使用催化劑，為了使催化劑的催化活性最強(qiáng)，根據(jù)表格中提供的數(shù)據(jù)應(yīng)該采用400℃～500℃，
故答案為：常壓、400℃～500℃；
（5）從接觸室出來(lái)的氣體成分SO₂、O₂、N₂、SO₃，從實(shí)驗(yàn)裝置分析，主要是為了檢驗(yàn)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(yàn)只能在裝置A中進(jìn)行，SO₂氣體的檢驗(yàn)則在裝置C中進(jìn)行．
SO₃氣體的檢驗(yàn)利用BaCl₂溶液，BaCl₂溶液可與SO₃氣體反應(yīng)：BaCl₂+SO₃+H₂O═BaSO₄↓+2HCl，而B(niǎo)aCl₂溶液不與SO₂氣體反應(yīng)，所以觀察到裝置A中出現(xiàn)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(yīng)方程式為：2NaHSO₃+SO₃═Na₂SO₄+2SO₂↑+H₂O，該反應(yīng)生成SO₂氣體，會(huì)影響后面裝置C中SO₂氣體的檢驗(yàn)．
SO₂氣體的檢驗(yàn)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(fù)紅色；SO₂氣體可使溴水的橙色褪色，反應(yīng)為：SO₂+Br₂+2H₂O═H₂SO₄+2HBr，SO₂氣體可使酸性KMnO₄溶液紫色褪色，反應(yīng)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(yīng)生成SO₂，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成干擾；③酸性KMnO₄溶液或溴水；檢驗(yàn)并吸收SO₂；
（6）在硫酸工業(yè)的尾氣中，SO₂是主要大氣污染物，必須進(jìn)行凈化處理，處理方法可采用過(guò)量氨氣吸收，
反應(yīng)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(diǎn)評(píng)：本題主要考查計(jì)算能力、分析能力、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，要求較高，需要扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)作依托，尤其是檢驗(yàn)從接觸室出來(lái)的氣體成分需要有對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用和遷移能力．