Question

7．最近，我國利用生產(chǎn)磷銨排放的廢渣磷石膏制取硫酸并聯(lián)產(chǎn)水泥的技術研究獲得成功．已知磷灰石的主要成分是Ca₃（PO₄）₂．具體生產(chǎn)流程如圖1：

回答下列問題：
（1）裝置a用磷酸吸收NH₃．若該過程在實驗室中進行，請畫出裝置a的示意圖．
（2）熱交換器是實現(xiàn)冷熱交換的裝置．化學實驗中也經(jīng)常利用熱交換來實現(xiàn)某種實驗目的，如氣、液熱交換時通常使用的儀器是冷凝管；
（3）依題意猜測固體A中一定含有的物質的化學式是CaSO₄（結晶水部分不寫）．
（4）利用生產(chǎn)磷銨排放的廢渣磷石膏制取硫酸，其中SO₂生產(chǎn)硫酸的工藝流程圖如圖2所示：
①在A處二氧化硫被氧化成三氧化硫，設備A的名稱是接觸室，設備A中發(fā)生反應的化學方程式是2SO₂+O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$2SO₃，為提高三氧化硫的產(chǎn)率，該處應采用等溫過程（填“等溫過程”或“絕熱過程”）為宜．
②在D處進行二次催化處理的原因是該反應為可逆反應，二次催化使尚未反應的SO₂盡量催化氧化成SO₃，可以降低成本提高原料利用率和保護環(huán)境；
③B處氣體混合物主要是氮氣和三氧化硫．此時氣體經(jīng)過C后不立即進入D是因為：通過吸收塔C后，混合氣體中SO₃含量較多，不利于SO₂的催化氧化反應進行；
④20%的發(fā)煙硫酸（SO₃的質量分數(shù)為20%）1噸需加水0.066噸（保留2位有效數(shù)字）才能配制成98%的成品硫酸．
（5）制硫酸所產(chǎn)生的尾氣除了含有N₂、O₂外，還含有SO₂、微量的SO₃和酸霧．能用于測定硫酸尾氣中SO₂含量的是BC（選填字母）
A．NaOH溶液、酚酞試液
B．KMnO₄溶液、稀H₂SO₄
C．碘水、淀粉溶液
D．氨水、酚酞試液．

Answer 1

分析 磷灰石粉碎富集后，在萃取槽中用硫酸酸化得到硫酸鈣與磷酸，過濾分離得到固體A為石膏與磷酸．裝置a中磷酸與氨氣發(fā)生反應，可以生成（NH₄）₃PO₄、（NH₄）₂HPO₄、NH₄H₂PO₄，操作b是由溶液中析出晶體，應萃取蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶等操作，銨鹽受熱容易分解，在結晶時應采用低溫蒸發(fā)結晶．在經(jīng)過過濾分離得到磷酸銨，分離得到濾液進行循環(huán)利用，石膏經(jīng)過一系列工藝得到水泥，得到二氧化硫等氣體，氣體處理后在熱交換器中發(fā)生催化氧化得到三氧化硫，三氧化硫轉化為硫酸，再循環(huán)利用，
（1）磷酸和氨氣極易反應，會產(chǎn)生倒吸的危險；
（2）冷凝管能實現(xiàn)氣、液熱交換；
（3）由信息可知生產(chǎn)磷銨排放的廢渣磷石膏制取硫酸，磷灰石的主要成分是Ca₃（PO₄）₂，在萃取槽中與硫酸發(fā)生反應，有磷酸生成，結合流程中硫酸制備，故固體A應為CaSO₄；
（4）①二氧化硫在接觸室中被氧化成三氧化硫，化學方程式為2SO₂+O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$2SO₃，該反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，不利于提高三氧化硫的產(chǎn)率；
②2SO₂+O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$2SO₃為可逆反應，從提高產(chǎn)率和環(huán)境保護角度分析；
③通過吸收塔C后，混合氣體中SO₃含量較多，分析對2SO₂+O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$2SO₃平衡移動的影響；
④1噸20%的發(fā)煙硫酸中含SO₃的質量為0.2t，加水后可生成H₂SO₄0.245t，即硫酸的總質量為1.045t，換算為98%的濃硫酸質量為1.045t÷98%=1.066t．
（5）SO₂、微量的SO₃和酸霧都能與堿反應，不能利用堿測定，SO₂具有還原性，可以利用強氧化劑測定．

解答 解：（1）磷酸和氨氣極易反應，為防止反應過于迅速會產(chǎn)生倒吸的危險，要采用防倒吸裝置，裝置a圖為，
故答案為：；
（2）能實現(xiàn)氣、液熱交換的裝置是冷凝管，下口進水傷口處誰，氣體和水流方向相反，故答案為：冷凝管；
（3）由信息可知生產(chǎn)磷銨排放的廢渣磷石膏制取硫酸，磷灰石的主要成分是Ca₃（PO₄）₂，在萃取槽中與硫酸發(fā)生反應，有磷酸生成，結合流程中硫酸制備，故固體A應為CaSO₄．
故答案為：CaSO₄；
（4）①二氧化硫在接觸室中被氧化成三氧化硫，化學方程式為2SO₂+O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$2SO₃，該反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，不利于提高三氧化硫的產(chǎn)率，因此應選擇等溫過程，
故答案為：接觸室；2SO₂+O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$2SO₃；等溫過程；
②2SO₂+O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$2SO₃為可逆反應，二次催化使尚未反應的SO₂盡量催化氧化成SO₃，可以降低成本提高原料利用率和保護環(huán)境，
故答案為：該反應為可逆反應，二次催化使尚未反應的SO₂盡量催化氧化成SO₃，可以降低成本提高原料利用率和保護環(huán)境；
③通過吸收塔C后，混合氣體中SO₃含量較多，由2SO₂+O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$2SO₃可知，不利于平衡正向移動，
故答案為：通過吸收塔C后，混合氣體中SO₃含量較多，不利于SO₂的催化氧化反應進行；
④1噸20%的發(fā)煙硫酸中含SO₃的質量為0.2t，硫酸為0.8t，加水后可生成H₂SO₄0.245t，即硫酸的總質量為1.045t，換算為98%的濃硫酸質量為$\frac{1.045t}{98%}$=1.066t，故加入的水的質量為0.066t，
故答案為：0.066；
（5）A、NaOH溶液與SO₂、微量的SO₃和酸霧反應，測量的SO₂含量偏高，故A錯誤；
B、硫酸尾氣中只有SO₂能被酸性KMnO₄溶液氧化，溶液顏色由紫紅色變?yōu)闊o色，根據(jù)KMnO₄溶液的體積結合方程式計算SO₂的含量，故B正確；
C、硫酸尾氣中只有SO₂能被碘水氧化SO₂，溶液顏色由藍色變?yōu)闊o色，根據(jù)碘水溶液的體積結合方程式計算SO₂的含量，故C正確；
D、氨水NaOH溶液與SO₂、微量的SO₃和酸霧反應，測量的SO₂含量偏高，故D錯誤．
故答案為：BC．

點評 本題考查了化學工業(yè)生產(chǎn)流程的分析、實驗操作以及產(chǎn)物的判斷和計算，綜合性強，為高考高頻考點，掌握工業(yè)制取硫酸、磷銨的原理和流程是解題的關鍵，難度中等．