Question

以黃鐵礦為原料生產硫酸的主要設備是沸騰爐、（爐氣精制）、接觸室和吸收塔等．
（1）請寫出爐氣制造即沸騰爐中黃鐵礦燃燒的化學方程式    ．
（2）爐氣精制的作用是將含SO₂進行除法和水洗．而精制爐氣即SO₂的催化氧化，在接觸室中進行．
A、精制爐氣（含SO₂體積分數為7%、O₂為11%、N₂為82%）中SO₂平衡轉化率與溫度及壓強關系如圖1所示．在實際生產中，SO₂催化氧化反應的條件選擇常壓、450℃左右（對應圖中A點），而沒有選擇SO₂轉化率更高的B或C點對應的反應條件，其原因分別是    、    ．
B、接觸室中2SO₂（g）+O₂（g） 2SO₃（g），反應過程的能量變化如圖2所示．
已知1mol SO₂（g）氧化為1mol SO₃（g）的△H=-99kJ?mol^-1．請回答下列問題：
①圖中C點表示    ，E的大小對該反應的反應熱    （填“有”或“無”） 影響．該反應通常用V₂O₅作催化劑，加V₂O₅會使圖中B點    （填“升高”或“降低”）．
②反應達到平衡時，平衡常數表達式K=    ，升高溫度，K值    （填“增大”、“減小”或“不變”）；圖中△H=    kJ?mol^-1．
（3）從吸收塔出來的氣體用一定量氨水吸收，得到的銨鹽產品是（NH₄）₂SO₃和NH₄HSO₃的混合物．取不同質量的銨鹽，分別加入x mol/L的50.00mL NaOH溶液中，經沸水浴（此溫度下銨鹽自身不分解）加熱使氨氣全部逸出，干燥后用濃硫酸完全吸收．實驗數據如下：

實驗次數	銨鹽質量（g）	濃硫酸增加的質量（g）
第一次	1.570	0.340
第二次	3.140	0.680
第三次	4.710	0.510
第四次	6.280

①該銨鹽中（NH₄）₂SO₃和NH₄HSO₃的物質的量之比為    ．
②x的值為    ．

Answer 1

【答案】分析：（1）結合工業制硫酸的原理書寫化學方程式；
（2）A、根據圖中所示，結合實際生成和需要，在常壓下二氧化硫的轉化率已經很高了，再加壓需要對設備更新投入，且提高的余地很小，無經濟效益；溫度過低，反應速率低生產周期長影響生成效益；
B、根據圖形分析結合能量高低進行判斷，催化劑只改變反應的活化能不改變平衡，反應的焓變只與起始和終了物質的能量有關，與反應過程無關，運用化學平衡的理論，改變條件，依據平衡移動的方向來分析判斷，K值只隨溫度的變化而變化；
（3）本反應歷程是：OH^-首先是和NH₄HSO₃中的H⁺反應，隨后有多的OH^-再和NH₄⁺反應放出氨氣，所以隨著銨鹽的量的增大，NH₄HSO₃的量也增大，放出的氨氣的量會為0．濃硫酸增加的質量就是氨氣的質量．第一次和第二次放出的氨氣的量是一樣的，所以說第一次肯定是OH^-的量過量．利用第二次的量計算（因為是OH^-不足）．
解答：解：（1）根據反應原料寫出化學方程式4FeS₂+11O₂2Fe₂O₃+4SO₂，故答案為4FeS₂+11O₂2Fe₂O₃+4SO₂
（2）①E為活化能，不影響化學反應能量，加入催化劑可改變反應歷程并降低活化能．
②K只與溫度相關的函數，升高溫度，由于本反應為放熱反應，平衡向逆移動，故K減小；圖中表示的是反應2SO₂（g）+O₂（g）2SO₃（g），表示2mol二氧化硫反應放出的熱量，已知1mol SO₂（g）氧化為1mol SO₃（g）的△H=-99kJ?mol^-1，所以圖中的焓變為99kJ?mol^-1×2=198KJ?mol^-1，
故答案為：①生成物能量，無，降低．②，減小，-198．
（3）本反應歷程是：OH^-首先是和NH₄HSO₃中的H⁺反應，隨后有多的OH^-再和NH₄⁺反應放出氨氣，所以隨著銨鹽的量的增大，NH₄HSO₃的量也增大，放出的氨氣的量會為0．濃硫酸增加的質量就是氨氣的質量．第一次和第二次放出的氨氣的量是一樣的，所以說第一次肯定是OH^-的量過量．利用第二次的量計算（因為是OH^-不足）．
設：（NH₄）₂SO₃的物質的量為a，NH₄HSO₃的物質的量為b
116a+99b=3.140（質量守恒）…①
17（2a+b）=0.680（元素守恒）…②
解得a=0.010mol，b=0.020mol，即（NH₄）₂SO₃和NH₄HSO₃的物質的量之比為1：2．
再根據（NH₄）₂SO₃～2NaOH，NH₄HSO₃～NaOH，可算出x=1.2mol/L．
故答案為：①1：2．②1.2．
點評：本題考查了影響化學平衡的因素，利用平衡進行工業生產的條件選擇，反應焓變的計算和影響因素，平衡常數的書寫與判斷，元素守恒、質量守恒的計算應用等知識．