高中化学竞赛题--硫酸工业

为1.8m3/s，与此有关的以下说法中正确的是

A 单位时间内从接触室进入的气体与导出的气体的物质的量之比为10︰9 B 导出气体中SO3所占的体积分数为2/10 C 此反应中SO2的转化率一定为20％ D SO2的催化氧化反应是吸热反应

40．在硫酸的工业制法中，下列生产操作与说明生产操作的主要原因两者都是正确的是

A 硫铁矿燃烧前粉碎得越细越好，因为大块的硫铁矿燃烧不完全 B 从沸腾炉出来的炉气需净化，因为炉气中SO2会与杂质反应

C SO2氧化为SO3时需使用V2O5催化剂，这样可以提高SO2的转化率

D 用98.3%的硫酸吸收SO2，目的是为了防止形成酸雾，以便使SO3吸收完全

41．绿矾用途极广，古代制备硫酸的方法是先将绿矾在加热的条件下制得FeSO4，然后在高温下使FeSO4分解制得SO3，最后将SO3用水吸收即可得到硫酸。试写出反应方程式。

42．下图所示是现今常规的生产发烟硫酸和硫酸的流程图。

（1）在①处投入的液态原料是什么？ （2）在②处发生1500℃的“不完全燃烧”，即先混入少量干燥空气，然后再在③处于700℃下再继续燃烧。试说明，为何这种燃烧方式对环境保护是有利的？

（3）在④处二氧化硫被催化氧化成三氧化硫。试问：为使三氧化硫的产率高，该处应采取等温过程还是绝热过程为宜？

（4）为何二次催化炉⑦是必须的？

（5）⑤处的气体混合物主要是氮气和三氧化硫。为什么气体混合物通过吸收塔⑥后不立即通入二次催化炉？

43．硫酸厂为保证正常生产，每小时需检验一次炉气中SO2的体积分数。方法是使炉气通过含淀粉的10mL 0.05mol/L的碘溶液，使溶液的蓝色恰好消失，这时没有发生变化的剩余气体在标准状况下为101mL。

（1）写出反应的化学方程式 ； （2）炉气中SO2的体积分数为 。

C组

44．我国有丰富的黄铁矿资源，为什么一般用它来制硫酸，而不用于炼铁？

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参考答案（52）

1 C 2 C 3 C 4 A 5 A 6 B、C 7 A 8

C 9 C 10 C 11 D 12 D

13 a% 0.0294a 14 66%

15 （1）2SO2＋O2

2SO3

（2）防止倒吸

（3）浓硫酸；①干燥SO2；②使SO2和O2两种气体混合均匀；③通过观察气泡控制气体比例和气流速度 （4）SO3、SO2、O2

（5）无色固体（或白色固体） （6）b

（7）用NaOH溶液吸收（或用Na2CO3溶液吸收）

16 （1）①干燥O2和SO2 ②使O2和SO2混合均匀 ③便于通过观察气泡的速率，控制

O2和SO2的比例

（2）该反应是放热的可逆反应，温度过高平衡逆向移动，不利于SO3的生成，且影响催化剂的活性。

（3）向锥形瓶中滴加BaCl2溶液，直至沉淀量不再增加（或静置后向上层清液中滴入BaCl2溶液，若产生沉淀，继续加入BaCl2溶液后，重复上述过程至清液中不再产生沉淀） c

W（4）a d

233?100% Wa?d?2336417 （1）4FeS2＋11O2＝2Fe2O3＋8SO2

（2）接触室、吸收塔 （3）SO2＋O2＝2SO3

（4）净化二氧化硫和氧气。（因为三氧化硫很易跟水蒸气化合生成酸雾，会影响二氧化硫跟氧气的化合，以及三氧化硫的吸收。）

（5）可以通过调节气阀，控制气体流量，观察甲装置的冒泡速率估计。

（6）原因有两个：①浓硫酸对三氧化硫的吸收效果远好于水，三氧化硫被浓硫酸完全吸收了；②插入浓硫酸溶液的导管插得太深，导致两个吸收瓶内的气压差较大，三氧化硫气体往水中冒出来了，与水蒸气化合形成酸雾。 （7）用碱液吸收。 18 205.2

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19 1.05 20 2.13 21 137.55t

22 （1）V＝22400a/(21―b) m3 （2）b%≥7%

23 （1）常压下，三氧化硫的含量已达到91％，从降低成本考虑，没有必要再加压

（2）6％，137.5L （3）2.9

24 （1）4FeS2＋11O28SO2＋2Fe2O3 （2）100t （3）2.1×105m3 25 （1）

3295a或0.337at （2）

1600ab台 （3）7% （4）减少污染物的排放

26 （1）10/9 209/160

（2）20g/mol 13.8g/mol （3）0.938

（4）m总＝

18.76x?13.81?0.938xn总

＋

－

＋

－

27 （1）C、D （2）0.06（或写6％） 1.45 （3）c(NH4)＞c(SO42)＞c(H)＞c(OH) 28 （1）0.306 （2）2.76×104克 （3）4.43×105 29（1）0.306 （2）2.76×104g （3）4.43×105g 30 （1）①61.5kg ②418.6kg

（2）①89.2kg ②446.4kg

（3）①w＝(65.6x＋89.3)/(1.07x＋1) ②问题1中，全部生产发烟H2SO4：x→∞。此时，w＝61.3kg，与问题1求解所得61.5kg接近；问题2中，全部生产98％ H2SO4，x→∞。此时，w＝89.3kg，与问题2求解所得89.2kg接近。因而①所推得数学表达式是正确的，该式可计算生产吸收含SO3 10％的1000m3出口气体、生产任何给定比例的发烟H2SO4和98％ H2SO4所需水量。

31 （1）每小时排出的废气中SO2的体积为10L。每小时送入氨的体积为20L，所以NH3

与SO2的体积比或物质的量比均为2︰1，恰与反应方程式中反应物系数之比为2︰1一致：2SO2＋O2＝2SO3；2NH3＋SO3＋H2O＝(NH4)2SO4 （2）3.5t，1.2×103m

－

32 问题1：104 问题2：（1）0.448 （2）1︰2 （3）3mol·L1

＋－＋－

33 （1）H＋OH＝H2O NH4＋OH＝NH3↑＋H2O

（2）0.84L （3）1︰4

＋

（4）Ⅲ 第Ⅰ、Ⅱ组NaOH均未用完，第Ⅳ组NaOH太少，还不够中和H。c(NaOH)＝5mol/L。 34 （1）153.6

（2）NaHSO3 0.1mol；Na2SO3 0.05mol

（3）x≤1/2 0；1/2＜x＜1 2n(SO2)－n(NaOH)；n≥1 n(NaOH) 35 （1）308

（2）52 （3）0.0923

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（4）①13b＝200－10a ②

36 A 37 A 38 D 39 A 40 D

41 FeSO4·7H2OFeSO4＋7H2O

2FeSO4Fe2O3＋SO2↑＋SO3↑ SO3＋H2O＝H2SO4

42 （1）生产硫酸的主要原料有硫铁矿和硫磺，在①处投入的液态原料只能是液态硫。

（2）硫酸工业的第一步是生产二氧化硫，在①处投入液态硫进入燃烧炉②的物质，除硫外还有干燥的空气。空气中带入氮气，在很高的温度下，如1500℃时，空气中的氮气和氧气反应生成有毒的氮化物。若通过控制供燃烧硫的氧量，使硫的燃烧不完全，氧消耗在硫燃烧上，即使过程中生成了氮氧化物，由于硫过量，氮氧化物也会与之反应。在温度较低，如700℃下，使剩余的硫氧化，不致于生成氮氧化物，所以这种燃烧方法对环境保护有利。 （3）从二氧化硫氧化成三氧化硫的反应来看，2SO2＋O22SO3是一个放热反应。由于催化剂活性温度的要求，二氧化硫催化氧化成三氧化硫的反应必须有一个最佳反应温度。为使三氧化硫的产率高，取保持最佳反应温度的等温过程为宜。

（4）通过一次催化炉④不可能将二氧化硫完全氧化成三氧化硫。为充分利用原料，所以设置二次催化炉⑦，使尚未反应的二氧化硫尽量催化氧化成三氧化硫，这对于降低成本和环境保护都是必要的。

（5）⑤处的混合气体主要是三氧化硫和氮气及少量的二氧化硫，通过吸收塔⑥后，只能吸收一部分三氧化硫。若将这种含三氧化硫多、二氧化硫少的混合气体直接通入第二个催化炉⑦，这时带入催化剂表面上的三氯化硫的分压比较高，二氧化硫的分压很低，不利于反应进行。

43 （1）SO2＋I2＋2H2O＝2HI＋H2SO4 （2）10%

44 一是黄铁矿中的含铁量一般在35％～44％，炼铁工业将含铁量在50％～65％的铁矿石

（如磁铁矿、赤铁矿等）称为富矿，含铁量在45％以下的称为贫矿。前者可直接熔炼，而后者须经富集后才能熔炼；二是从含硫量考虑，黄铁矿中含硫量较高，会影响铁的质量（使生铁具有热脆性）。因此黄铁矿一般用来制硫酸。（随着矿石的不断开采，资源日趋匾乏，人们越来越重视资源的综合利用。近年来正在发展磁性焙烧技术，即控制黄铁矿在沸腾炉内呈弱氧化性气氛，使炉渣中的铁主要成为磁性的Fe3O4。再用磁选法使Fe3O4与杂质分离成为高品位的铁精砂（含铁＞55％），这就为大量利用贫矿渣开辟了新途径。

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