Question

[化学--选修化学与技术]工业上以黄铁矿为原料生产硫酸．
（1）写出燃烧黄铁矿的化学方程式______ 2Fe₂O₃+8SO₂

Answer

（1）燃烧黄铁矿反应生成氧化铁和二氧化硫，再根据化合价升降法配平方程式；
（2）接触室中发生二氧化硫的催化氧化反应，产物为三氧化硫，最后配平方程式．注意反应条件；
（3）第一步：SO2的制取．主要原料是黄铁矿和空气，在高温下煅烧，使硫元素转变成SO2气体，反应方程式为
4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2，设备为沸腾炉．黄铁矿需要粉碎，以增大和空气的接触面；
第二步：SO3的制取．从沸腾炉中出来的气体需经过净化、除尘，进入接触室在催化剂作用下SO2和O2反应生成SO3，设备为接触室．同时涉及热量的交换、催化剂的作用、平衡的移动等问题；
第三步：硫酸的生成．从接触室中出来的气体进入吸收塔，为避免酸雾形成需用浓H2SO4吸收；
（4）吸收塔中吸收三氧化硫气体的吸收液的选择及原因；
（5）两种尾气处理方法的原理、优缺点；
（6）SO2具有还原性，可与多种氧化剂反应，如O2、H2O2、Na2O2、酸性KMnO4溶液、氯水、溴水、碘水等．确定出反应物与生成物后，再配平，最后改写成离子方程式．
【解析】
（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+O2--Fe2O3+SO2 ，FeS2中Fe为+2价，S为-1价，O2中O为0价，Fe2O3中Fe为+3价、O为-2价，SO2中S为+4价、O为-2价，
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4，O2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，
则方程式为4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2，故答案为：4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2；
（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、沸腾炉排出的矿渣中主要成分为Fe2O3，可作为炼铁原料，故d正确；
故答案为：abd；
（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：先用氨水吸收时，发生反应：SO2+2NH3•H2O═（NH4）2SO3，再用浓硫酸处理时，发生反应：
（NH4）2SO3+H2SO4═（NH4）2SO4+SO2↑+H2O，故可获得较高浓度的SO2，
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应产生的废热提供，
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，可与多种氧化剂反应，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+H2SO4，SO2是气体、Br2是单质、H2O是弱电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，
即HBr═H++Br、H2SO4═2H++SO42-，则得离子方程式SO2+Br2+2H2O=4H++2Br-+SO42-，
故答案为：SO2+Br2+2H2O=4H++2Br-+SO42-．