Question

10．下面的裝置是仿照工業(yè)上制備硫酸的工藝流程設(shè)計(jì)出來(lái)的，用于探究工業(yè)上為何采用98.3%的濃硫酸吸收三氧化硫．

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）寫(xiě)出沸騰爐內(nèi)煅燒黃鐵礦的反應(yīng)方程式：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂；
（2）如圖中的甲和乙分別相當(dāng)于工業(yè)上制取硫酸裝置中的：接觸室、吸收塔；
（3）寫(xiě)出在催化劑表面所發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式2SO₂+O₂$?_{△}^{催化劑}$2SO₃，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不能持續(xù)加熱的理由是該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高SO₂轉(zhuǎn)化率降低；溫度過(guò)高催化劑活性降低；
（4）在乙反應(yīng)容器內(nèi)要求氧氣的量要比二氧化硫的量多一倍左右，你是如何控制和估計(jì)的？可以通過(guò)調(diào)節(jié)氣閥，控制氣體流量，觀察甲裝置的冒泡速率進(jìn)行估算．
（5）若丁裝置在反應(yīng)過(guò)程中先出現(xiàn)氣泡，不久就出現(xiàn)了霧，而丙裝置一直都沒(méi)有任何現(xiàn)象，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是AC
A．濃硫酸對(duì)三氧化硫的吸收率遠(yuǎn)好于水，三氧化硫被濃硫酸充分吸收
B．三氧化硫的通氣速率太快，三氧化硫未被水和濃硫酸充分吸收
C．丙中的導(dǎo)氣管插得太深，導(dǎo)致兩個(gè)吸收瓶?jī)?nèi)的氣壓差較大
D．丁中的導(dǎo)氣管插得太淺，三氧化硫氣體從水中逸出，與水蒸氣化和形成酸霧．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)工業(yè)制硫酸的原理分析書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式；
（2）根據(jù)工業(yè)制硫酸的步驟和設(shè)備名稱(chēng)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)裝置的反應(yīng)過(guò)程分析解答；
（3）O₂和SO₂在催化劑表面所發(fā)生反應(yīng)，溫度影響反應(yīng)速率、化學(xué)平衡和催化劑的活性；
（4）觀察甲裝置導(dǎo)管的冒泡速率進(jìn)行估算通入乙中O₂和SO₂的量；
（5）若丁裝置在反應(yīng)過(guò)程中先出現(xiàn)氣泡，不久就出現(xiàn)了霧，而丙裝置一直都沒(méi)有任何現(xiàn)象，可能是SO₃通入丙和丁裝置中，丙中全部被吸收，丁中三氧化硫與水反應(yīng)放出大量熱，形成酸霧；或者丙中壓強(qiáng)大，氣體直接進(jìn)入丁中．

解答 解：（1）沸騰爐內(nèi)煅燒黃鐵礦，反應(yīng)物為FeS₂和O₂，生成物為Fe₂O₃和SO₂，根據(jù)化合價(jià)升降法配平，F(xiàn)eS₂中Fe由+2價(jià)變?yōu)?3價(jià)，S由-1價(jià)變?yōu)?4價(jià)，1molFeS₂總共失去11mol電子，O₂中O由O價(jià)變?yōu)闉?2價(jià)，得4mol電子，所以FeS₂前計(jì)量數(shù)為4，O₂前計(jì)量數(shù)為11，再根據(jù)原子守恒其它物質(zhì)的系數(shù)，化學(xué)方程式為4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂；
故答案為：4FeS₂+11O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂；
（2）在裝置乙中二氧化硫和氧氣發(fā)生催化氧化，所以裝置乙相當(dāng)于接觸室；丙在實(shí)驗(yàn)中是用來(lái)吸收二氧化硫的，所以相當(dāng)于吸收塔；故答案為：接觸室、吸收塔；
故答案為：接觸室；吸收塔；
（3）O₂和SO₂在催化劑表面所發(fā)生反應(yīng)，生成SO₃，化學(xué)方程式為：2SO₂+O₂$?_{△}^{催化劑}$2SO₃；該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高加快反應(yīng)速率，但平衡逆向移動(dòng)，使得SO₂轉(zhuǎn)化率降低，且催化劑在一定溫度內(nèi)活性最大，溫度過(guò)高會(huì)使催化劑喪失活性；
故答案為：2SO₂+O₂$?_{△}^{催化劑}$2SO₃；
該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高SO₂轉(zhuǎn)化率降低；溫度過(guò)高催化劑活性降低；
（4）乙反應(yīng)容器內(nèi)要求氧氣的量要比二氧化硫的量多一倍左右，要求氧氣進(jìn)入裝置中的速度比二氧化硫進(jìn)入裝置中的速度快一倍左右，故可以通過(guò)調(diào)節(jié)氣閥，控制氣體流量，即觀察甲裝置的冒泡速率進(jìn)行估算；
故答案為：可以通過(guò)調(diào)節(jié)氣閥，控制氣體流量，觀察甲裝置的冒泡速率進(jìn)行估算；
（5）若丁裝置在反應(yīng)過(guò)程中先出現(xiàn)氣泡，不久就出現(xiàn)了霧，而丙裝置一直都沒(méi)有任何現(xiàn)象，可能是SO₃通入丙和丁裝置中，丙中全部被吸收，丁中三氧化硫與水反應(yīng)放出大量熱，形成酸霧；或者丙中壓強(qiáng)大，氣體直接進(jìn)入丁中，即丙中的導(dǎo)氣管插得太深，導(dǎo)致兩個(gè)吸收瓶?jī)?nèi)的氣壓差較大；
故答案為：AC．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查工業(yè)接觸法制硫酸的原理，同時(shí)涉及到平衡移動(dòng)、轉(zhuǎn)化率等，重點(diǎn)考查制備過(guò)程中的注意問(wèn)題和條件的選擇依據(jù)，注重對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用和遷移能力考查，難度中等．