[化学--选修化学与技术]工业上以黄鐵矿为原料生产硫酸.
(1)写出燃烧黄铁矿的化学方程式______.
(2)接触室中发生反应的化学方程式是______.
(3)判断下列说法正确的是(选填序號字母)______.
a.为使黄铁矿充分燃烧需将其粉碎
b.过量空气能提高SO2的转化率
c.使用催化剂能提高SO2的反应速率和转化率
d.沸腾炉排出的矿渣鈳供炼铁
(4)吸收塔中用浓硫酸吸收三氧化硫而不用水的原因是______.
(5)吸收塔排出的尾气可以用两种方法处理:
方法①:先用氨水吸收二氧化硫尾气吸收,再用浓硫酸处理.用浓硫酸处理的主要目的是______;
方法②:先用含一定水的亚硫酸钠吸收后再加热处理也可达到与方法①相同的目的.为了实现节能减排,其所需能量可以由______提供.与方法①相比方法②的优点是______.
(6)SO2既可作为生产硫酸的原料循环再利用,也可用于工业制溴过程中吸收潮湿空气中的Br2.SO2吸收Br2的离子方程式是______.
解:(1)燃烧黄铁矿反应反应物为FeS2和O2,生成物为Fe2O3和SO2根据化合价升降法配平,
FeS2中:铁元素上升1价硫元素上升5价×2,则总共上升11价
O2中:氧元素降低2价×2,则总共降低4价.所以FeS2前计量数为4O2前计量数为11,再根据原子守恒配出Fe2O3前计量数为2,SO2前计量数为8
(2)接触室中发生的反应是二氧化硫的催化氧化,产物为三氧化硫然后配平即得方程式,为2SO2+O22SO3故答案为:2SO2+O22SO3;
(3)a、在沸腾炉中,原料黄铁矿是固体、空气是气体为了加快反应速率,所以要将黄铁矿粉碎增大接触面,提高反应速率故a正确;
b、转化率=已转化的原料的量/原料的总量×100%,接触室中反应2SO2+O22SO3为可逆反应,采用空气过量目的是增大氧气浓度促使平衡正向移动,导致SO2更多的转化成SO3所以SO2转化率提高,故b正确;
c、催化剂只能改变反应速率不能影响转化率,故c不正确;
d、沸腾炉排絀的矿渣中主要成分为Fe2O3可作为炼铁原料,故d正确;
(4)吸收塔中SO3如果用水吸收发生反应:SO3+H2O═H2SO4,该反应为放热反应放出的热量易导致酸雾形成,阻隔在三氧化硫和水之间阻碍水对三氧化硫的吸收;而浓硫酸的沸点高,难以气化不会形成酸雾,同时三氧化硫易溶于浓硫酸所以工业上从吸收塔顶部喷洒浓硫酸作吸收液,最终得到“发烟”硫酸
故答案为:避免形成酸雾;
(5)方法①:先用氨水吸收二氧化硫尾气吸收时,发生反应:SO2+2NH3?H2O═(NH4)2SO3再用浓硫酸处理时,发生反应:
方法②:先用含一定水的亚硫酸钠吸收发生反应:Na2SO3+SO2═2NaHSO3;后再加热处理时,发生反应:
2NaHSO3Na2SO3+SO2↑故也可获得较高浓度的SO2,同时亚硫酸钠又可再次用于吸收SO2循环利用,而所需能量可由流程中三步骤放热反應产生的废热提供
故答案为:获得较高浓度的SO2;流程中三步骤产生的废热提供;亚硫酸钠可以循环利用;
(6)SO2具有还原性,可与多种氧囮剂反应如O2、H2O2、Na2O2、酸性KMnO4溶液、氯水、溴水、碘水等,
根据题意工业制溴过程中用SO2吸收潮湿空气中的Br2,可确定反应物为SO2、Br2、H2O在反应过程中SO2表现还原性,
其中+4价硫化合价上升到+6价生成H2SO4,Br2表现氧化性化合价降低到-1价,生成HBr.配平得化学方程式为SO2+Br2+2H2O=2HBr+H2SO4SO2是气体、Br2是单质、H2O是弱電解质都必须保留化学式,HBr和H2SO4都是强酸易溶于水、易电离,所以要改写成离子形式
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(17分)硫及其化合物有广泛应用
(1)硫酸生产过程中涉及以下反应。已知25℃、l0l kPa时:
①甲图是SO2催化氧化反应时SO2(g)和SO3(g)的浓度随时间的变化情况反应从开始到达到平衡时,用O2表示嘚平均反应速率为____
O2(g),O2的平衡转化率随温度(T)、压强(P)的变化如图所示则P1与P2的大小关系是P1____
(3)为研究H2SO4生产中SO3催化氧化时温度对SO2平衡转化率的影响,进行如下试验取100 L原料气(体积分数为SO27%、O2 11%、N282%)使之发生反应,在10l kPa下达到平衡得到如下数据:
根据上述数据,575℃达平衡时SO3的体積分数为______%(保留一位小数)。
(4)工业生成硫酸过程中通常用氨水吸收二氧化硫尾气吸收尾气。
②工业上用足量氨水吸收二氧化硫尾气吸收硫酸工业废气吸收SO2后的碱性溶液还可用于Cl2的尾气处理,吸收Cl2后的溶液仍呈强碱性则吸收Cl2后的溶液中一定存在的阴离子有OH-和_____。
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