- 工业制取三氧化硫
- 共739题
(14分)为研究盛装浓硫酸的铁质材料(碳素钢)与浓硫酸的反应，某学习小组进行了以下探究活动：
[实验]取一铁钉放入一定体积浓硫酸中，加热，充分反应后得到溶液X并收集到气体Y。
①甲同学认为x中除Fe3+外还可能含有Fe2+。若要确认其中的Fe2+，应选用 (选填序号)
KSCN溶液和氯水 b．铁粉和KSCN溶液 c．浓氨水 d．酸性：KMn04溶液
②为分析气体成分，乙同学取448mL(标准状况)气体Y通人足量溴水中，发生的反应式 为：Br2+SO2+2H20====2HBr+H2S04，然后加入足量BaCl2溶液，经适当操作后得干燥 固体2．33 g
[提出猜想]
分析上述实验中SO2的体积分数的结果，同学们认为Y中还可能含有其它气体并作如下
猜测：
猜想一：Y气体中可能含有H2；
猜想二：
猜想三：
[设计实验，验证猜想]
为验证以上猜想，同学们准备用下列装置设计探究实验(装置可重复使用，夹持仪器省
略)。
(1)实验装置连接次序为A→ → →F → →F
(2)装置B中试剂作用是 。
(3)猜想一的理由是 (用化学方程式表示)。
(4)如果猜想一成立，预计实验现象应该是 。
正确答案
①d
②猜想二：Y气体中可能含有CO2；
猜想三：Y气体中可能含有H2和CO2
（1）B C E D
（2）检验SO2是否除尽
（3）Fe＋H2SO4=FeSO4＋H2↑
（4）E中固体由黑变红，D中固体由白变蓝色
①溶液为Fe3+和Fe2+离子的混合物，加入KSCN溶液和氯水、铁粉和KSCN溶液、浓氨水都不能检验亚铁离子的存在，亚铁离子具有还原性，高锰酸钾溶液呈紫色，具有氧化性，可与亚铁离子在酸性条件下反应二褪色，故答案为：d；
②除SO2外，根据反应：C＋H2SO4(浓)
（1）根据铁钉（或碳素钢）中含有碳元素，推断所的气体中可能含有二氧化碳，结合图中设计装置的目的，可知检验二氧化碳的方法是首先将二氧化硫除去→确认二氧化硫已经完全除去→澄清石灰水，对于氢气的检验则可通过与灼热氧化铜的反应现象和对产物水的验证来实现，验证气体存在的顺序为：SO2→CO2→CO和H2被氧化→H2O→CO2，实验中要避免其它物质的性质干扰，故答案为：B→C→F→E→D；
（2）CO2气体和SO2气体都能使澄清石灰水变浑浊，检验CO2气体的存在应先除去SO2气体并检验是否除尽，故答案为：检验SO2是否除尽；
（3）气体中如含有H2，发生的反应为Fe+H2SO4═FeSO4+H2↑，故答案为：Fe+H2SO4═FeSO4+H2↑；
（4）含有H2，与CuO在加热条件下反应生成铜和水，E中固体由黑色氧化铜生成红色铜，D中无色硫酸铜吸水生成五水硫酸铜蓝色晶体，故答案为：E中固体由黑变红，D中固体由白变蓝色．
(1)用过量铜片与0.2 mol浓H2SO4共热足够长时间(只考虑铜与浓H2SO4反应，忽略其他副反应)，甲认为产生的SO2少于0.1 mol，理由是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
而乙同学认为产生的SO2为0.1 mol，理由是_____________________________________________。
(2)实验证明铜不能在低温下与O2反应，也不能与稀H2SO4共热发生反应，但工业上却是将废铜屑倒入热的稀H2SO4中并通入空气来制备CuSO4溶液的。铜屑在此状态下被溶解的化学方程式为___________________________________________________________。
利用铜制备CuSO4的另一种方法可用化学方程式表示为_________________________________________。
以上两种方法________(填“前”或“后”)者好，原因是_____________________。
正确答案
(1)由反应Cu＋H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O知，当0.2 mol浓H2SO4全部反应时才生成0.1 mol SO2，随着反应进行，浓H2SO4变稀，不能与Cu反应，故甲认为少于0.1 mol SO2；乙同学认为稀H2SO4与铜反应由于加热时间足够长，水比H2SO4易挥发，因此，H2SO4始终保持较高浓度，直至与铜完全反应为止；(2)2Cu＋2H2SO4(稀)＋O22CuSO4＋2H2O Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O'前'若制得1 mol CuSO4，第一种方法只需1 mol H2SO4，而第二种方法则要用2 mol H2SO4，而且生成的SO2会造成大气污染
(1)过量铜片与0.2 mol H2SO4(浓)反应，理论上生成0.1 mol SO2，但当浓H2SO4变稀时与Cu不反应，故甲认为少于0.1 mol SO2；乙同学认为加热足够长时间，水挥发后，稀H2SO4又变成浓H2SO4，直至与Cu反应完全。(2)两种方法前者好因为不产生有污染的SO2气体，且生成等量的CuSO4耗H2SO4少。
2007年徐州市区空气质量良好以上天数达到了312天，成为近年来“蓝天”最多的一年。作为产煤较多和机动车数量快速增长的地区，徐州市区空气中二氧化硫和氮氧化物含量控制的任务依然艰巨。请回答下列问题：
(1)燃烧化石燃料排放的烟气中含有NOX和S02。含有碱的黄磷乳浊液 能够同时去除NOX和S02，这是由美国科学家研发的，命名为
PhoSNOx法。在该方法最后阶段NO2--与HSO3--反应生成(NH4)2SO4
其离子方程式为 。
(2)工业上将S02转化为SO3是在接触室(如右图)里进行的，中部是一 个热交换器，它是用导热性能好的管状材料制成。温度低的气体A 从管外流过；经上层催化反应后的热气体从管内流过，通过导热材料进行气体与气体的热交换。 中学化学实验中也有许多需要进行热交换，下列实验中需要进行热交换的(直接加热除外)是 (填字母)。
(3)一定条件下，N02和S02很容易发生反应生成NO和SO3(g)。现将
NO和S02的混合气体通入容积为50 ml的容器中，充满后用带有导
管的塞子密封，则再向该容器中通入O2的体积V在 mL范
围内才能保持容器内的压强不变(设气体体积均在相同条件下测定，
且不考虑NO2转化为N204)。
(4)将盛有x molNO和y mol NO2的混合气(标准状况)的试管倒扣在足量
的水中，通入O2可以使水充满试管。请在右面的坐标图中大致画出不
断通人氧气的过程中溶液的pH与V（O2）的关系曲线(设生成的硝酸均在试管内)。
正确答案
(1)
(2)BDE
(3)0
（4）
(3) 设NO体积为a ,则SO2体积为50-a。若全部转化
2SO2 + O2 =" " 2SO3 2NO + O2 =" " 2NO2
2 1 2 1
50-a 25-a/2 a a/2
则氧气体积最大为25-a/2 + a/2=25。
（4）试管内溶液的物质的量浓度始终为1/22.4 mol/L 。
某兴趣小组在实验室用铜和硫酸为原料，采用多种方法制取硫酸铜，制备方法如下：
方法一
⑴甲同学取6.4 g铜片和10 mL 18 mol·L－1浓硫酸，放在试管中共热时发现，铜与热的浓硫酸反应后并没有得到预期的蓝色溶液，而是在试管底部看到白色沉淀。甲同学为了验证其中白色沉淀的主要成分，设计下列实验。
实验步骤：倾倒掉上层液体后，向所得白色的固体中加入适量蒸馏水，边加边搅拌。
实验现象：白色物质溶解，溶液变为蓝色。
实验结论：所得白色固体的化学式为 。
（2）乙同学与甲同学做相同的实验，还观察到加热过程中，试管内壁上部析出少量淡黄色固体物质，持续加热，淡黄色固体物质又慢慢地溶于浓硫酸而消失，同时产生能使品红溶液褪色的气体，淡黄色固体消失的原因是(用化学反应方程式回答) 。直到最后反应完毕，发现试管中还有铜片剩余。
方法二
（3）丙同学认为甲设计的实验方案不好，他自己设计的思路是：2Cu＋O2
对比甲的方案，你认为丙同学的优点是①_________________________，②_ 。
方法三
⑷丁同学取一铜片和稀硫酸放在试管中，再向其中滴入双氧水，发现溶液逐渐呈蓝色，写出反应的化学反应方程式 。
正确答案
(9分)[（1）CuSO4 (1分) （2）S＋2H2SO4(浓)
（3）①产生等量的硫酸铜，消耗的硫酸更少 (2分)；②不产生污染物SO2 (2分)
⑷H2SO4＋Cu＋H2O2＝CuSO4＋2H2O (2分)
试题分析：（1）白色的固体中加入适量蒸馏水，白色固体溶解，且观察到溶液为蓝色，这说明所得白色固体为CuSO4。
（2）试管内壁上部析出少量淡黄色固体物质，由存在的元素可知淡黄色固体物质为S，S具有还原性，浓硫酸具有强氧化性，S与浓硫酸发生氧化还原反应，方程式为S＋2H2SO4(浓)
（3）由反应方程式2Cu＋O2
（4）双氧水具有强氧化性，能氧化单质铜，因此铜片和稀硫酸放在试管中，再向其中滴入双氧水，发现溶液逐渐呈蓝色，这是由于发生了氧化还原反应导致的，该反应化学方程式为H2SO4＋Cu＋H2O2＝CuSO4＋2H2O。
工业上生产硫酸时,利用催化氧化反应将SO2转化为SO3是一个关键步骤。压强及温度对SO2转化率的影响如下表(原料气各成分的体积分数为：SO2 7%,O2 11%,N2 82%)：
(1)已知SO2的氧化是放热反应，如何利用表中数据推断此结论？
_____________________________________________________________________
(2)在400~500 ℃时，SO2的催化氧化采用常压而不是高压，主要原因是：___________；
(3)选择适宜的催化剂，是否可以提高SO2的转化率？___________(填“是”或“否”)，是否可以增大该反应所放出的热量？___________(填“是”或“否”)；
(4)为提高SO3吸收率，实际生产中用___________吸收SO3；
(5)已知：2SO2(g)+O2(g)===2SO3(g) ΔH=－196.6 kJ·mol－1，计算每生产1万吨98%硫酸所需要的SO3质量和由SO2生产这些SO3所放出的热量。
正确答案
（1）压强一定时,温度升高时,SO2转化率下降,说明升温有利逆反应的进行,所以正反应为放热反应；
（2）增大压强对提高SO2转化率无显著影响，反而会增加成本；
（3）否 否
（4）浓硫酸
（5）8.0×103t ；9.83×109KJ
（1）从题中表格数据可以看出同一压强下不断升高温度，SO2的转化率不断降低，说明可逆反应2SO2(g)＋O2(g) 
（2）从表中数据可以看出400~500℃，10Mpa时，SO2的转化率为99.3%~99.9%，可是常压下SO2的转化率已经很高，压强增大100倍，转化率提高的并不明显，反而需要增大设备强度，增加投资，降低企业经济效益。
（3）催化剂可以缩短达到平衡的时间，但不可以使平衡发生移动，故不能提高SO2的转化率，也不能增大反应放出的热量。
（4）因为SO3 + H2O＝ H2SO4该反应放出大量的热，产生的酸雾阻止SO2的吸收，实际生产中用98.3%的浓H2SO4吸收SO3。
（5）解：1万吨98%的硫酸含H2SO4的质量：9.8×109g
设需要SO3的质量为x，该反应产生的热量为y。
H2SO4 →SO2 →△H
98g 80g —196.6×0.5KJ
9.8×109g x y
X=（9.8×109g×80g）÷98g=8.0×109g=8.0×103t
Y=8.0×103t×98.3KJ÷80g=9.83×109KJ
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