Question

硫酸工业在国民经济中占有极其重要的地位。

(1)硫酸的最大消费渠道是化肥工业，用硫酸制造的常见化肥有________(任写一种)。

(2)硫酸生产中，根据化学平衡原理来确定的条件或措施有________(填写序号)。

A．矿石加入沸腾炉之前先粉碎

B．使用V₂O₅作催化剂

C．转化器中使用适宜的温度

D．净化后的炉气中要有过量的空气

E．催化氧化在常压下进行

F．吸收塔中用98.3%的浓硫酸吸收SO₃

(3)在硫酸工业中，通过下列反应使二氧化硫转化为三氧化硫：2SO₂(g)＋O₂(g)2SO₃(g) ΔH＝－98.3 kJ·mol^－1。在实际工业生产中，常采用“二转二吸法”，即将第一次转化生成的SO₂分离后，将未转化的SO₂进行二次转化，假若两次SO₂的转化率均为95%，则最终SO₂的转化率为________。

(4)硫酸的工业制法过程涉及三个主要的化学反应及相应的设备(沸腾炉、转化器、吸收塔)。

①三个设备分别使反应物之间或冷热气体之间进行“对流”。请简单描述吸收塔中反应物之间是怎样对流的。______________________________。

②工业生产中常用氨－酸法进行尾气脱硫，以达到消除污染、废物利用的目的。用化学方程式表示其反应原理。(只写出2个方程式即可)________________________

Answer

硫酸铵(或硫酸钾) D 99.75% SO3从吸收塔底部进入，吸收剂(浓硫酸)从顶部下淋，形成对流 SO2＋NH3＋H2O=NH4HSO3；2NH4HSO3＋H2SO4=(NH4)2SO4＋2H2O＋2SO2↑[或SO2＋2NH3＋H2O=(NH4)2SO3；(NH4)2SO3＋H2SO4=(NH4)2SO4＋H2O＋SO2↑]

【解析】

（1）用硫酸制造的常见化肥有硫酸铵、硫酸氢铵、硫酸锌、硫酸钾等；

（2）硫酸生产中，第二步：SO3的制取反应原理为：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，该反应为可逆反应，根据化学平衡原理为了提高SO2的转化率，通常采用增大O2浓度的方法来达到使SO2尽可能多的转化为SO3的目的。

A．矿石加入沸腾炉之前先粉碎，目的是为了增大黄铁矿与空气的接触面，加快反应速率，而不是从化学平衡角度考虑，故A不正确；

B．使用V2O5作催化剂，只能加快该反应的速率，不能使平衡移动，故B不正确；

C．接触室中催化转化器使用适宜的温度，目的是使催化剂活性最强，使反应速率最快，而实际上升高温度，会促使2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)平衡向吸热方向移动，即逆向移动，不利于提高SO2的转化率，故C不正确；

D．从沸腾炉中出来的气体成分为SO2、O2、N2，经过净化后，进入接触室，炉气中要有过量的空气，即增大O2浓度，会促使2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)平衡正向移动，有利于提高SO2的转化率，故D正确；

E．接触室中：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，增大压强促使平衡正向移动（即气体总体积减小的方向），减小压强促使平衡逆向移动（即气体总体积增大的方向）。在常压下，不利于平衡正向移动，不利于提高SO2的转化率，对于该化学平衡，压强的增大，促使平衡正向移动，效果并不明显，所以工业上直接采用常压条件，而不采用高压条件，故E不正确；

F．吸收塔中用98.3%的浓硫酸吸收SO3，主要目的是防止产生酸雾，阻碍SO3的吸收，与化学平衡移动原理无关，故F不正确；

故答案为：D；

（3）设二氧化硫的初始浓度为a，则第一次转化掉的二氧化硫浓度为a×95%，剩余的二氧化硫浓度为a×（1-95%），进入第二次转化，则第二次转化掉的二氧化硫浓度为a×（1-95%）×95%，根据公式：转化率＝转化浓度/初始浓度×100%，最终SO2的转化率＝[a×95%+a×（1-95%）×95%]/a×100%＝99.75%

故答案为：99.75%；

（4）①从接触室中出来的热气体SO2、O2、N2、SO3，在吸收塔的底部进入，从下向上运动，从吸收塔顶部喷洒冷的浓硫酸，从上向下运动；热气体SO3与冷的浓硫酸相对流动，进行热量交换；

②工业生产中常用氨-酸法进行尾气脱硫，即先用氨水吸收，再用浓硫酸处理。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，以达到消除污染、废物利用的目的。