Question

以黄铁矿为原料生产硫酸的工艺流程图如下：

（1）已知：（已折算为标况下）SO₃气体与H₂O化合时放出的热量为        （保留两位有效数字）。

（2）沸腾炉中发生反应的化学方程式为                       。

（3）依据工艺流程图判断下列说法正确的是（选填序号字母）         。

a．沸腾炉排出的矿渣可供炼铁

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．为使黄铁矿充分燃烧，需将其粉碎

（4）在吸收塔吸收SO₃不用水或稀硫酸的原因                   。

（5）吸收塔排出的尾气先用氨水吸收，再用浓硫酸处理，得到较高浓度的SO₂和铵盐。

①SO₂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                          。

②为测定该铵盐中氮元素的质量分数，将不同质量的铵盐分别加入到50.00mL相同浓度的NaOH溶液中，沸水浴加热至气体全部逸出（此温度下铵盐不分解）。该气体经干燥后用浓硫酸吸收完全，测定浓硫酸增加的质量。部分测定结果如下表（a>0）：   

计算：该铵盐中氮元素的质量分数是       %；若铵盐质量为15.00g，浓硫酸增加的质量为          。（计算结果保留两位小数）

Answer

（1）3.9×105kJ（2分）   （2）4FeS2+11O24Fe2O3+8SO2（2分）（3）a  b  d（3分）

（4）SO3与H2O化合时放出大量的热，用水或稀硫酸吸收容易形成酸雾，反而不利于充分吸收SO3（2分）

（5）①SO2＋Br2＋2H2O＝4H＋＋2Br－＋SO42－（2分）  ②14.56（2分）（14.56%不给分） 

2.31g（2分）

【解析】

试题分析：（1）根据热化学方程式可知SO3气体与H2O化合时放出的热量为×130.3kJ/mol＝3.9×105kJ。

（2）黄铁矿燃烧燃烧生成SO2和氧化铁，反应的化学方程式为FeS2＋11O24Fe2O3＋8SO2。

（3）生产过程中的矿渣中含有三氧化二铁，可以炼铁，a正确；增加空气的量会使平衡正向进行，提高了二氧化硫的转化率，b正确；催化剂只改变速率不改变平衡，不改变转化率，c不正确；粉碎矿石增大接触面积提高反应速率，d正确，所以正确答案选abd。

（4）由于SO3与H2O化合时放出大量的热，用水或稀硫酸吸收容易形成酸雾，反而不利于充分吸收SO3，所以在吸收塔吸收SO3不用水或稀硫酸。

（5）①单质溴具有氧化性，能把SO2氧化生成硫酸，而溴单质被还原为溴离子，因此反应的离子方程式是SO2＋Br2＋2H2O＝4H＋＋2Br－＋SO42－。

②从吸收塔出来的气体用一定量氨水吸收，得到的铵盐产品是（NH4）2SO3和NH4HSO3的混合物；本反应历程是：OH－首先是和NH4HSO3中的H+反应，然后OH－再和NH4+反应放出氨气。由题知铵盐质量为30.00g时，产生0.68g÷17g/mol＝0.04molNH3。该铵盐中NH4HSO4先与NaOH溶液反应，2NH4HSO4+2NaOH＝（NH4）2SO4+Na2SO4+H2O，只有当NH4HSO4中的H+消耗完全后，NH4+才能与NaOH溶液反应产生NH3，NH4++OH-＝NH3↑+H2O。据此判断铵盐质量为10.00g时NaOH溶液过量，铵盐质量为20.00g和30.00g时，消耗的NaOH质量相等。设10.00g铵盐中NH4HSO4 与（NH4）2SO4的物质的量分别为X、Y，n（NH3）＝n（OH-）－n（H+），则有：

铵盐质量/g

10.00

20.00

30.00

40.00

含NH4HSO4、（NH4）2SO4/mol

X、Y

2X、2Y

3X、3Y

4X、4Y

产生NH3/mol

X+2Y

X+2Y

0.04

0

消耗NaOH/mol

2X+2Y

3X+2Y

3X+0.04

3X+0.04

因此3X+2Y＝3X+0.04，解得Y＝0.02mol，又115X+132Y＝10.00，得X＝0.064mol．则该铵盐中氮元素的质量分数＝×100%＝14.56%。

由上面讨论可知此NaOH溶液中共有0.232molNaOH，当铵盐质量为15.00g时含0.096mol NH4HSO4和0.03mol （NH4）2SO4，共有NH4+和H+ 0.252mol，故NaOH不足，此时产生n（NH3）＝（0.232－0.096）mol＝0.136mol，因此NH3的质量＝0.136mol×17g/mol＝2.31g。

考点：考查硫酸的工业制备、反应热的计算、反应条件的控制以及物质含量的计算