接触法制硫酸
巡山小妖精
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2020年07月29日 03:49
最佳经验
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沉思的近义词-谪居
关于硫酸工业综合经济效益的讨论
一、重点难点
1、工业上制造硫酸的原料。
2、以黄铁矿为原料制造硫酸的化学反应原理、主要的生产过程及典型的设备。
3、环境保护与综合利用原料能源。
二、例题分
第一阶
[例1]你认为减少酸雨产生的途径可采取的措施是
①少用煤作燃料②把工厂烟囱造高③燃料脱硫④在已酸化的土壤中加石灰⑤开发新能源
A.①②③ B.②③④⑤ C.①③⑤ D.①③④⑤
【探路】
只有知道酸雨产生的途径才可采取有效的防范措施
【答案】
导致酸雨的主要原因是向大气中排放了大量的SO2，因而少用含硫的煤做燃料，或使燃料脱硫，及开发新能源，都能减少SO2的产生，从而减少酸雨的产生。故选答案C。
【评注】有关环境保护知识是最近高考中命题的热点之一，是高考热点内容之一。
[例2]汽车尾气（含有烃类、CO、SO2与NO等物质）是城市空气的污染源。治理的方法之一是在汽车的排气管上装一个“催化转换器”（用铂、钯合金作催化剂）。它的特点是使CO与NO反应，生成可参与大气生态环境循环的无毒气体，并促使烃类充分燃烧及SO2的转化。
（1）写出一氧化碳与一氧化氮反应的化学方程式： 。
（2）“催化转换器”的缺点是在一定程度上提高空气的酸度，其原因是 。
（3）控制城市空气污染源的方法可以有 。
a.开发氢能源 b.使用电动车 c.植树造林 d.戴上呼吸面具
【探路】
本题主要考查有关环境污染及环境保护等知识
【答案】
（1）根据题给信息：CO与NO反应，生成可参与大气生态环境循环的无毒气体。
这气体是CO2和N2,方程式略。
（2）SO2可被氧化成SO3，与水蒸气形成酸雾；
（3）控制城市空气污染方法中，植树造林这一选项具有一定的迷惑性，植树造林能控制CO2量的增加，而对消除汽车尾气中烃类，CO、SO2与NO等物质没有直接的效果。故选a、b
评注】
植树造林能控制CO2量的增加，但对消除汽车导气中烃类、CO、SO2与NO等物质没有直接的效果。
[例3]当有60g FeS2充分燃烧时，其转移电子的物质的量为
A. 22mol B. 16.5mol C. 11mol D. 5.5mol
探路:
解答此题的关键是依据接触法制H2SO4的反应原理，即根据FeS2“沸腾”燃烧的化学方程式进行计算。
【答案】设转移电子的物质的量为x
依FeS2燃烧的化学方程式
4FeS2+11O28SO2+2Fe2O3
得关系式如下
4FeS2～11O2～电子转移
4×120g 11mol 44mol
60g
解得x=5.5mol
故答案选D。
【评注】利用关系式，
可以使计算既简捷又准确。
[例5]现有一份“将二氧化硫转化为硫酸铵”的资料，摘录如下：“一个典型的实例：初步处理的废气
含0.2%的二氧化硫和10%的氧气（体积分数）。在400℃时废气以5m3/h的速率通过五氧化二钒催化剂层与20L/h的速率的氨气混合，再喷水，此时气体温度由400℃降至200℃，在热的结晶装置中得到硫酸氨晶体”（气体体积均折算为标准状况），利用上述资料，用氨来除去工业废气中的二氧化硫，回答下列问题：
（1）按反应中的理论值，二氧化硫与氧气的物质的量之比为2：1，该资料中这个比值是 ，简述不采用2：1的理由 。
（2）通过计算，说明为什么废气以5m3/h的速率与20L/h速率的氨气混合？
（3）若某厂每天排放1×104m3这种废气，按上述方法该厂每月（按30天计）可得硫酸氨多少吨？消耗氨气多少吨？
思路分析：
SO2转化为一可逆反应，为提高SO2的转化率可用过量的氧气；
据关系式SO2---SO3—2NH3—(NH4)2SO4可知废气中SO2与NH3应以1：2通入。
答案：
（1）1：50；根据化学平衡移动原理，过量的氧气可提高二氧化硫的转化率。
（2）废气中SO2：1000×5×0.2%=10L/hV(SO2):V(NH3)=10:20=1:2恰生成(NH4)2SO4。
（3）3.54t硫酸铵，0.91tNH3。
第二阶梯
[例1]有关接触法制硫酸的叙述正确的是
A.吸收塔不得用水吸收三氧化硫
B.进入接触室的SO2和空气混合物中的其它杂质必须除去
C.硫酸厂的尾气要经碱液或氨水处理后才能排放
D.用黄铁矿燃烧生成二氧化硫与用硫燃烧生产二氧化硫后者较复杂
【探路】接触法制H2SO4的三阶段中，第一阶段是制取和提纯SO2，若用煅烧黄铁矿法因同时有Fe2O3，而处理除杂更复杂，燃硫法则较简单。
在提纯时用黄铁矿生产的SO2中杂有的砷、硒化合物也较燃硫法多。必须提纯除去这些杂质，主要是为了防止第二阶段中用催化氧化法生产SO3时的催化剂“中毒”，第三分阶段是吸收SO3使成H2SO4，若用水吸收会产生大量难以处理的酸雾，所以用98.3%浓H2SO4吸收SO3，使成发烟硫酸，然后按比例与水混合得到浓H2SO4。
在接触室中2SO2+O22SO3的反应有一些可逆性，虽然SO2的转化率很高，但难免还有SO2与SO3一起进入吸收塔，所以尾气中必然杂有不能被浓H2SO4吸收的SO2，若直接排放会造成严重污染，因此，用碱性物质如氨水、NaOH溶液处理，使SO2转化为亚硫酸盐而除去。
【答案】按生产流程扫描各选项，易得正确答案为A、C
【评注】工业常用氨水吸收SO2，反应为：
NH3+H2O+SO2=NH4HSO4
2NH3+H2O+SO2=(NH4)2SO4
工厂把它们在专用设备中加入本厂生产的一些硫酸，得到硫酸铵作为化肥
出售。在设备中逸出浓而纯的SO2，工厂将它压入钢瓶，成为液体SO2出售，这样既防止污染又提高经济效益。
[例2]把1g脉石（SiO2）的硫铁矿样品在氧气中灼烧，反应完全后得固体物质0.78g，则此硫铁矿中含FeS2的质量分数为
A. 33% B. 66% C. 78% D. 88%
【探路】
引起固体质量改变的原因是矿石与O2反应后生成的SO2气体放出的缘故。故可用差量法求解。
【答案】
因4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2 固体质量减少
4×120 2×160 480-320=160
x x-0.78
解得x=0.66gT×100%=66%
故答案B。
【评注】
化学反应前后，某些量出现差值。而在化学计算中，应用这种差值作为解题的突破口，可使解题快速准确。
但必须仔细分析题意，找出相关化学量的有效期值进行计算。
[例3]用含硫50%的黄铁矿320t，通过接触法制硫酸，在生产过程中有2%的硫受损失，问可制得98%的浓H2SO4多少吨？
【探路】此题在解题时应注意含“硫”50%，而不是含FeS2 50%
【答案】
设可制得98%浓H2SO4 xt
S H2SO4
32 98
320×50%(1-20%) x·98%
解得：x = 490（t）
答：制得98%的浓硫酸490t。
【评注】
原料的纯度、利用率、损失率、转化率、产品产率都使产品总质量减少，而产品不能时则使产品质量增加。
[例4]在氧气中灼烧4.4g硫和铁组成的化合物，其中的硫全部转化为SO2，这些SO2被200ml 0.5mol/L的烧
碱溶液完全吸收生成正盐。则原化合物的化学式为 。
【探路】
化合物均有固定的组成，根据题知，找出Fe与S的物质的量之比即可得正确答案。
【答案】
设4.4g该化合物中含硫元素xg
S——SO2——Na2SO3——2NaOH
32g 2mol
x 0.2×0.5mol
解得x=1.6g
4.4g该化合物中含铁4.4-1.6=2.8（g）
nFe : nS == 1 : 1
即化学式为FeS。
【评注】求化学式是基本计算之一。本题是最基本的求算方法。
第三阶梯
[例1]用硫铁矿制硫酸，若硫铁矿含杂质30%，杂质不与氧气反应，要得到98%的硫酸4t，工业上需要标准状况下空气多少立方米（ ）
A. 1680 B.7340 C.8400 D.多于8400
【探路】
有关反应的化学方程式为：
4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2
2SO2+O22SO3
SO3+H2O=H2SO4
【答案】
设需要O2为x mol
据方程式可得关系式：
15O2——8H2SO4
15mol 8mol
x mol
x= 7.5×104mol
V空气==8400（m3）
由于工业生产要考虑损失问题，故正确答案应选D。
【评注】
本题易错选C。原因是没有考虑工为生产实际是要考虑损失问题。
[例2]充分煅烧50g硫铁矿粉末，将生成的SO2跟24g氧气混合，并合其在一定条件下反应，将反应后的气体先用冰水冷却，得到40g无色晶体，再跟足量的氢硫酸充分反
应，生成44g黄色沉淀，试计算：
（1）SO2转化成SO3的转化率；
（2）硫铁矿含硫的质量分数。
【探路】
本题解题的关键：一是SO3在0℃时为无色晶体；二是2SO2+O22SO3为一可逆反应，反应后SO2、O2均可与H2S反应生成硫。
【答案】依题意：O2总量为：=0.75mol
生成SO3：=0.50mol 消耗O2：=0.25mol
生成的S为：=1.375mol
剩余O2：0.75mol-0.25mol=0.50mol，全部与H2S反应：
2H2S+O2=2H2O+S
生成的S按反应式为：0.50mol×2=1.00mol，则
1.375mol-1.00mol=0.375mol的S是由反应：
SO2+2H2S=3S+2H2O 生成的，可得
SO2为：=0.125mol
即：SO2转化率为：100%=80%
硫铁矿中含硫：2）100%=40%
【评注】注意：常温下SO3为固体（熔点为16.8℃）
[例3]含FeS2 80%的硫铁矿在高温燃烧时有5%的硫受到损失，又测得SO2氧化成SO3的转化率为80%，问生产1t 95%的硫酸需这样的硫铁矿多少t？
【探路】
硫损失5%，则FeS2也必损失5%；应以FeS2与H2SO4列关系式；反应物与产物一律折算为纯量代入关系式中进行计算。
【答案】
设生产1t 95%的硫酸需硫铁矿的质量为x则由关系式
FeS2 ———— 2H2SO4
120t 196t
x×80%×95%×80% 1t
解得x=0.96t
答：需这样的硫铁矿为0.96t
【评注】此题是根据互相联系的多步反应的化学方程式进行计算。
思维方法是进行关系推理，由于每个前一步计算得出的结论，都是后一步计算的前提，所以只要找出“关系式”，建立“量”关系，就可简捷解析出来。
[例4]其次来集的酸雨样品，每隔一段时间测定一次PH值，得到数据如下：
时间（小时）
开始
8 16 24 32 40 48
PH
5.0 4.8 4.6 4.3 4.2 4.0
简答：
（1）放置时雨水样品PH变化的主要原因。
（2）PH变化的离子方程式。
【探路】
酸雨的形成主要是因雨水中溶有SO2、SO和一些硫酸盐，但以SO2为主。SO3的形成是因为在空气中的飘尘作用下一部分SO2被O2氧化，或污染空气的NO2和SO2的作用而产生SO3，在降水时，SO3也溶入雨水成H2SO4。
由各阶段PH的数据观察结果，在40小时之前放置的雨水样品PH值逐渐降低，溶液的酸性渐强。至40小时后，PH不再变化，表明使PH降低的反应业已停业。在酸雨中SO2溶入为中强酸，SO3溶入为强酸，但强酸H2SO4不再变化，只可能H2SO3被氧化而补充了H2SO4（硫酸）。至SO2和H2SO3全氧化为H2SO4后，PH稳定到4.0。
【答案】
（1）雨水样里中强酸H2SO3和SO2不断被空气中的氧气氧化生成强酸H2SO4，所以PH值随时间延长而H+离子浓度增加，PH下降，至全部氧化完成后，溶液中形成的H2SO4不会氧化和挥发，这时PH稳定。
（2）H2O+SO2+O2?2H++SO42-
或H2SO3+O2?4H+
+2SO42-
【评注】
数据处理题要从分析数据的变化得到启示，可假设一些可解性，如SO2和H2SO3的氧化，雨水样品水分蒸发变浓，又在放置进溶于SO2。但根据PH稳定在4.0，可排除后二者。
三、检测题
1.从沸腾炉里出来的炉气，在进行氧化之前须净化的原因是
A.降低炉气的温度便于吸收
B.防止矿尘堵塞管道
C.防止催化剂中毒以及水蒸气对设备和生产的不良影响
D.增加SO2的含量
2.在氧气中灼烧0.44g S和Fe组成的化合物，使其中的S全部转化成H2SO4，这些H2SO4可用20ml 0.5mol/L的NaOH溶液完全中和，原化合物中S的质量分数为
A. 18% B. 46% C. 53% D. 36%
3.接触法制H2SO4的工业生产中，黄铁矿煅烧前要粉碎，其目的是
A.减少杂质 B.易除去尘粒 C.升高炉温 D.充分燃烧
4.把含硫48%的硫铁矿先制成H2SO4，再吸收氨气制成(NH4)2SO4，1t这种硫铁矿在理论上能制得的(NH4)2SO4为
A. 1.06t B. 1.98t C. 2.14t D. 2.26t
5.下列反应中含硫的化合物做还原剂的是
A. FeS+2HCl=FeCl2+H2S-
B. Na2S+2HCl=2NaCl+H2S-
C. 4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2
D. Zn+H2SO4=ZnSO4+H2-
6.把含硫48%的硫铁矿通过反应先制成硫酸，再吸收足量氨气反应制成硫酸铵。1t这种硫铁矿在理论上能制得硫酸铵为
A.3.18t B.1.98t C.2.47t D.1.26t
7.在氧气中充分灼烧1g铁和硫组成的化合物，使其中的硫全部转化为SO2气体，最后全部转化为H2SO4，这些硫酸恰好和60ml，0.5mol/L的NaOH溶液完全中和，则原化合物中硫的质量分数为
A.35% B.40% C.44.5% D.48%
8.煅烧硫铁矿时，氧化产物和还原剂的物质的量之比为
A. 8 : 4 B. 10 : 4 C. 2 : 4 D. 4 : 8
9.导致下列现象的主要原因与排放二氧化硫有关的是（ ）
A．臭氧空洞 B．酸雨 C．光化学烟雾 D．温室效应
10.环境污染已成为人类社会面临的重大威胁，各种污染数不胜数，下列各词与环境污染无关的是（ ）
①温室效应 ②赤潮 ③酸雨 ④光化学污染 ⑤臭氧空洞 ⑥水俣病 ⑦潮汐 ⑧大脖子病
⑨水华
A．②⑨ B．②⑤⑦ C．⑥⑦⑧ D．⑦⑧
答案
1. C 2.D 3. D 4.B 5.C 6.B 7.D 8.B 9.B 10.D