1．三種原料：硫鐵礦（FeS₂）、空氣、水。

利用接觸法制硫酸一般可以用硫黃、黃鐵礦、石膏、有色金屬冶煉廠的煙氣(含一定量的SO₂)等。其中用硫黃作原料成本低、對環(huán)境污染少。但我國硫黃資源較少，主要用黃鐵礦（主要成分為FeS₂）作生產(chǎn)硫酸的原料。

 2．三步驟、三反應(yīng)：

（1） 4FeS₂ +11O₂=== 2Fe₂O₃+8SO₂（高溫）

（2）2 SO₂+ O₂ ㄐ  2 SO₃  （催化劑，加熱），（3） SO₃ + H₂O === H₂SO₄

3．三設(shè)備：（1）沸騰爐（2）接觸室（3）合成塔

4．三原理：化學(xué)平衡原理、熱交換原理、逆流原理。

（1）增大反應(yīng)物濃度、增大反應(yīng)物間接觸面積，能提高反應(yīng)速率并使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，以充分提高原料利用率。

（2）熱交換原理：在接觸室中生成的熱量經(jīng)過熱交換器，傳遞給進(jìn)入接觸室的需要預(yù)熱的混合氣體，為二氧化硫的接觸氧化和三氧化硫的吸收創(chuàng)造了有利條件。

（3）逆流原理：液體由上向下流，氣體由下向上升，兩者在逆流過程中充分反應(yīng)。

接觸法制硫酸的原理、過程及典型設(shè)備

三原料

三階段

三反應(yīng)（均放熱）

三設(shè)備

三凈化

黃鐵礦或S

造氣

4FeS₂+11O₂=== 2Fe₂O₃+8SO₂（高溫）或S+O₂=SO₂

沸騰爐

除塵

空氣

接觸氧化

2 SO₂ + O₂  ㄐ  2 SO₃ （催化劑）

接觸室（含熱交換器）

洗滌

98.3%濃硫酸

三氧化硫吸收

SO₃+ H₂O === H₂SO₄

吸收塔

干燥

接觸法制硫酸示意圖：

5．應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡移動(dòng)原理選擇適宜條件

二氧化硫接觸氧化的反應(yīng)是一個(gè)氣體總體積縮小的、放熱的反應(yīng)。

（1）       溫度

二氧化硫接觸氧化是一個(gè)放熱的可逆反應(yīng)，根據(jù)化學(xué)平衡理論判斷，溫度較低對反應(yīng)有利。但是，溫度較低時(shí)，反應(yīng)速率低，考慮催化劑在400∽500℃活性最大，在實(shí)際生產(chǎn)中，選定400～500℃作為操作溫度，這時(shí)反應(yīng)速率和二氧化硫的轉(zhuǎn)化率都比較理想。

（2）       壓強(qiáng)

二氧化硫接觸氧化是一個(gè)氣體總體積縮小的可逆反應(yīng)，根據(jù)化學(xué)平衡理論判斷，加壓對反應(yīng)有利。但是，在常壓、400～500℃時(shí)，二氧化硫的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，加壓必須增加設(shè)備，增大投資和能量消耗，故在實(shí)際生產(chǎn)中，通常采用常壓操作，并不加壓。

（3）       二氧化硫接觸氧化的適宜條件

常壓、較高溫度（400～500℃）和催化劑

6．接觸法制硫酸中應(yīng)注意的幾個(gè)問題

（1）依據(jù)反應(yīng)物之間的接觸面積越大反應(yīng)速率越快的原理，送進(jìn)沸騰爐的礦石要粉碎成細(xì)小的礦粒，增大礦石跟空氣的接觸面積，使之充分燃燒。

（2）依據(jù)增大廉價(jià)易得的反應(yīng)物的濃度，使較貴重的原料得以充分利用的原理，采用過量的空氣使黃鐵礦充分燃燒。

（3）通入接觸室的混合氣體必須預(yù)先凈化，其原因是：爐氣中含有二氧化硫、氧氣、氮?dú)�、水蒸氣以及砷、硒化合物、礦塵等。砷、硒化合物和礦塵等會(huì)使催化劑中毒；水蒸氣對生產(chǎn)和設(shè)備有不良影響。因此，爐氣必須通過除塵、洗滌、干燥等凈化處理。

（4）在接觸室里裝有熱交換器，其作用是在二氧化硫接觸氧化時(shí)，用放出的熱量來加熱未反應(yīng)的二氧化硫和空氣，充分利用熱能，節(jié)約燃料。

    （5）不能用水吸收三氧化硫而用98.3%的濃硫酸，若用水或稀硫酸吸收，容易形成酸霧，且吸收速度慢。

二、有關(guān)計(jì)算

1．物質(zhì)純度、轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率的計(jì)算

（1）物質(zhì)純度（%）=不純物質(zhì)中含純物質(zhì)的質(zhì)量÷不純物質(zhì)的總質(zhì)量×100%

（2）原料利用率（%）=實(shí)際參加反應(yīng)的原料量÷投入原料總量×100%

（或轉(zhuǎn)化率）

（3）產(chǎn)率（%）=實(shí)際產(chǎn)量÷理論產(chǎn)量×100%

（4）化合物中某元素的損失率=該化合物的損失率

2．多步反應(yīng)計(jì)算

（1）關(guān)系式法：先寫出多步反應(yīng)的化學(xué)方程式，然后找出反應(yīng)物和生成物之間物質(zhì)的量（或質(zhì)量）之比，列出關(guān)系式，即可一步計(jì)算。

（2）元素守衡法：找出主要原料和最終產(chǎn)物之間物質(zhì)的量的對應(yīng)關(guān)系。找出此關(guān)系的簡便方法，就是分析原料與產(chǎn)物之間所含關(guān)鍵元素原子個(gè)數(shù)關(guān)系，如：     FeS₂～2H₂SO₄， S～H₂SO₄。

若已知（欲求）FeS₂含量，用前面的關(guān)系式，若已知（欲求）S的含量，用后一關(guān)系式，且二氧化硫轉(zhuǎn)化率、三氧化硫吸收率均可折算成起始物FeS₂（或S）進(jìn)行計(jì)算。

1．環(huán)境保護(hù)與原料的綜合利用

（1）注意科學(xué)實(shí)驗(yàn)與實(shí)際生產(chǎn)的區(qū)別

在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，為了探索某個(gè)重要的原理或?qū)崿F(xiàn)某個(gè)重要的反應(yīng)，可以不惜大量的時(shí)間和資金。而化工生產(chǎn)必須在遵循科學(xué)原理、實(shí)現(xiàn)某個(gè)反應(yīng)的基礎(chǔ)上，著重考慮綜合經(jīng)濟(jì)效益，最大限度地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低成本、保護(hù)生態(tài)環(huán)境，為國民經(jīng)濟(jì)部門提供質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的化工產(chǎn)品，以達(dá)到優(yōu)質(zhì)高效的目的。

（2）硫酸生產(chǎn)中的“三廢”處理

硫酸廠的尾氣必須進(jìn)行處理，因?yàn)闊煹罋饫锖�有大量的二氧化硫氣體，如果不加利用而排空會(huì)嚴(yán)重污染空氣。

1) 尾氣吸收

①     用氨水吸收，再用H₂SO₄處理：SO₂+2NH₃+H₂O=(NH­₄)₂SO₃

(NH­₄)₂SO₃+H₂SO₄=(NH₄)₂SO₄+SO₂↑+H₂O

②用Na₂SO₃溶液吸收：Na₂SO₃+SO₂+H₂O=2NaHSO₃　　　　　　　　　　　

③用NaOH溶液吸收，再用熟石灰和O₂處理；（此方法反應(yīng)復(fù)雜，還可能發(fā)生其他反應(yīng)）SO₂+ NaOH = NaHSO₃　     NaOH +NaHSO₃= Na₂SO₃+ H₂O

Na₂SO₃+Ca(OH)₂= CaSO₃↓+ 2NaOH　　2 CaSO₃ + O₂= 2CaSO₄

2)污水處理

硫酸廠廢水中含硫酸，排放入江河會(huì)造成水體污染。通常用消石灰處理：

Ca(OH)₂+ H₂SO₄=CaSO₄+2H₂O。生成的硫酸鈣可制建材用的石膏板。

3)廢熱利用

硫酸工業(yè)三個(gè)生產(chǎn)階段的反應(yīng)都是放熱反應(yīng)，應(yīng)當(dāng)充分利用放出的熱量，減少能耗。

第一階段黃鐵礦燃燒放出大量的熱，通常在沸騰爐處設(shè)廢熱鍋爐，產(chǎn)生的過熱蒸汽可用于發(fā)電，產(chǎn)生的電能再供應(yīng)硫酸生產(chǎn)使用（如礦石粉碎、運(yùn)輸，氣流、液流等動(dòng)力用電）。

第二階段二氧化硫氧化放熱可用于預(yù)熱原料氣，生產(chǎn)設(shè)備叫熱交換器，原料氣又將三氧化硫降溫，再送入吸收塔。

4）廢渣的利用

黃鐵礦的礦渣的主要成分是Fe₂O₃和SiO₂，可作為制造水泥的原料或用于制磚。含鐵量高的礦渣可以煉鐵。

工業(yè)上在治理“三廢”的過程中，遵循變“廢”為寶的原則，充分利用資源，以達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的。

2．能量的充分利用

許多化學(xué)反應(yīng)是放熱反應(yīng)�；�工生產(chǎn)中應(yīng)充分利用反應(yīng)熱，這對于降低成本具有重要意義。硫酸廠生產(chǎn)中的反應(yīng)熱得到充分利用后，不僅不需要由外界向硫酸廠供應(yīng)能量，而且還可以由硫酸廠向外界輸出大量能源。在硫酸生產(chǎn)過程中使用的熱交換器就是利用了反應(yīng)所放出的熱量來加熱二氧化硫和氧氣的混合氣體，以節(jié)約能源。

3．生產(chǎn)規(guī)模與廠址選擇

（1）       化工廠選址的因素

一般來說，現(xiàn)代化工生產(chǎn)要求有較大的生產(chǎn)規(guī)模�；�工廠廠址選擇是很復(fù)雜的問題，涉及原料、水源、能源、土地供應(yīng)、交通運(yùn)輸、環(huán)境保護(hù)和市場需求等諸多因素，應(yīng)對這些因素綜合考慮，權(quán)衡利弊，才能作出合理的選擇。

化工廠廠址選擇一般應(yīng)考慮下列因素：①是否有市場需求；②是否接近原料供應(yīng)地；③土地供應(yīng)是否充足；④水源是否充足；⑤能源是否充足且廉價(jià)；⑥交通運(yùn)輸是否方便；⑦能否達(dá)到環(huán)境保護(hù)要求。

上述這些因素必須在遵循科學(xué)原則的基礎(chǔ)上，著重考慮綜合經(jīng)濟(jì)效益，即要求最大限度地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低成本，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

（2）       硫酸廠選址的因素

由于硫酸是腐蝕性液體，不便貯存和運(yùn)輸，因此要求把硫酸廠建在靠近硫酸消費(fèi)中心的地區(qū)，工廠規(guī)模的大小，主要由硫酸用量的多少?zèng)Q定；硫酸廠廠址應(yīng)遠(yuǎn)離水源和河流的上游，以免工廠的污水污染水源；也不要設(shè)置在城鎮(zhèn)和居民區(qū)盛行風(fēng)向的上風(fēng)地帶，以免工廠排放的大量煙塵和有害氣體污染城鎮(zhèn)的水源和大氣等。

一、 酸雨

（1） 酸雨的定義

一般認(rèn)為,酸雨是由于燃燒高硫煤排放的二氧化硫等酸性氣體進(jìn)入大氣后,造成局部地區(qū)大氣中的二氧化硫富集,在水凝結(jié)過程中,溶解于水形成亞硫酸,然后經(jīng)某些污染物的催化作用及氧化劑的的氧化作用生成硫酸,隨雨水降下形成酸雨.

酸雨的pH值一般少于5.6.

（2） 酸雨的危害

對人體健康的直接危害,硫酸霧和硫酸鹽霧的毒性比二氧化硫大得多,可以侵入肺的深部組織,引起肺水腫等疾病而使人致死.

引起河流、湖泊的水體酸化,嚴(yán)重影響水生動(dòng)植物的生長.

破壞土壤、植被、森林.

腐蝕金屬、油漆、皮革、紡織品及建筑材料.

滲入地下,使水中鋁、銅、鋅、鎘的含量比中性地下水中高很多倍.

（3） 酸雨的治理

二氧化硫污染大氣的罪魁――煤，平均含硫量約為2.5%-3%。為治理煤燃燒時(shí)造成的二氧化硫污染，一種辦法是事先從煤中除去硫。但是只有一部分煤中的硫主要以黃鐵礦（FeS2）的形態(tài)存在；這樣的煤以脫硫工藝處理后其含硫量可降低到約為1%。大部分的煤中還含有較多的有機(jī)硫化合物，這樣的煤以脫硫平均只能除去原含硫量的約40%。

二、 溫室效應(yīng)

眾所周知，全球變暖是由于“溫室效應(yīng)”�！皽厥倚�應(yīng)”是怎樣形成的呢？ 在涼爽、清涼的日子，都知道溫室里的溫度大大高于室外溫度。這是因?yàn)闇厥业谋�溫塑料薄膜使太陽能轉(zhuǎn)化的熱能進(jìn)的多、出的少，所以溫度逐漸升高。地球大氣層里的二氧化碳、甲烷等氣體就象這個(gè)薄膜，使太陽輻射進(jìn)的多而出的少，因而使地球表面的溫度逐漸升高。根據(jù)測定，大氣中的二氧化碳濃度每增加1倍，地球表面的大氣溫度就會(huì)升高1.5～4.5度。由于全世界工業(yè)和交通耗費(fèi)大量的石油、煤炭、天然氣等能源，因此大氣中的二氧化碳正以每年1.5ppm的速度增加。

全球變暖使大氣、海洋環(huán)流規(guī)律變化，加劇“厄而爾尼諾”、“瑪尼娜”現(xiàn)象的危害，導(dǎo)致大面積旱、澇災(zāi)害頻繁發(fā)生。長期干旱使非洲幾百萬人餓死，上億人營養(yǎng)不良。東南亞連年洪水使上千萬人流漓失所。 全球變暖還使極地冰川溶化，海平面上升。每升高1米，將使直接受影響的人口達(dá)10億，土地500萬平方米公里（占世界的三分之一）。同時(shí)還引發(fā)風(fēng)暴潮、鹽水倒灌。可見其危害多么嚴(yán)重！

三、 臭氧層破壞

大氣臭氧層的損耗是當(dāng)前世界上又一個(gè)普遍關(guān)注的全球性大氣環(huán)境問題，它直接關(guān)系到生物圈的安危和人類的生存。  1984年，英國科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)南極上空出現(xiàn)臭氧洞。1985年，美國的"雨云-7號"氣象衛(wèi)星測到了這個(gè)臭氧洞。以后經(jīng)過數(shù)年的連續(xù)觀測，進(jìn)一步得到證實(shí)。據(jù)NASA報(bào)道，NASA的"Nimbus -7"衛(wèi)星上的總臭氧測定記錄數(shù)據(jù)表明，近年來，南極上空的臭氧洞有惡化的趨勢。目前不僅在南極，在北極上空也出現(xiàn)了臭氧減少現(xiàn)象。NASA和歐洲臭氧層聯(lián)合調(diào)查組分別進(jìn)行的測定都表明了這一點(diǎn)。 對于大氣臭氧層破壞的原因，科學(xué)家中間有多種見解。但是大多數(shù)人認(rèn)為，人類過多地使用氯氟烴類化學(xué)物質(zhì)（用CFCl表示）是破壞臭氧層的主要原因。由于臭氧層中臭氧的減少，照射到地面的太陽光紫外線增強(qiáng)，其中波長為240－－329納米的紫外線對生物細(xì)胞具有很強(qiáng)的殺傷作用，對生物圈中的生態(tài)系統(tǒng)和各種生物，包括人類，都會(huì)產(chǎn)生不利的影響。 臭氧層破壞以后，人體直接暴露于紫外輻射的機(jī)會(huì)大大增加，這將給人體健康帶來不少麻煩。首先，紫外輻射增強(qiáng)使患呼吸系統(tǒng)傳染病的人增加；受到過多的紫外線照射還會(huì)增加皮膚癌和白內(nèi)障的發(fā)病率。此外，強(qiáng)烈的紫外輻射促使皮膚老化。 臭氧層破壞對植物產(chǎn)生難以確定的影響。近十幾年來，人們對200多個(gè)品種的植物進(jìn)行了增加紫外照射的實(shí)驗(yàn)，其中三分之二的植物顯示出敏感性。一般說來，紫外輻射增加使植物的葉片變小，因而減少俘獲陽光的有效面積，對光合作用產(chǎn)生影響。對大豆的研究初步結(jié)果表明，紫外輻射會(huì)使其更易受雜草和病蟲害的損害。臭氧層厚度減少25%，可使大豆減產(chǎn)20~25%。 紫外輻射的增加對水生生態(tài)系統(tǒng)也有潛在的危險(xiǎn)。紫外線的增強(qiáng)還會(huì)使城市內(nèi)的煙霧加劇，使橡膠、塑料等有機(jī)材料加速老化，使油漆褪色等。

例題精講

例1．在硫酸工業(yè)中，通過下列反應(yīng)使二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫：

2SO₂(g)+O₂(g) ㄐ  2 SO₃(g)；ΔH=-196.6KJ/mol

（1）該反應(yīng)在__________（設(shè)備）中進(jìn)行，這種生產(chǎn)硫酸的方法叫做________。

（2）在實(shí)際生產(chǎn)中，操作溫度選定400∽500℃，這是因?yàn)開_____________。

（3）硫酸工業(yè)選定壓強(qiáng)通常采用_____________，作出這種選擇的依據(jù)是______________________________。

【解析】 （1）接觸室；接觸法。（2）溫度較低時(shí)，反應(yīng)速率較��；溫度過高，二氧化硫的轉(zhuǎn)化率會(huì)降低�？紤]到催化劑在400～500℃時(shí)，活性最大，所以操作溫度選定在400～500℃。（3）常壓；在常壓下及400～500℃時(shí)，二氧化硫的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，若加壓會(huì)增加設(shè)備、投資和能量消耗。

評注  本題主要考查應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理解決實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)問題的能力。

例2．接觸法制硫酸的爐氣組成是SO₂占7%，O₂占11%，N₂占82%，現(xiàn)有100L混合氣體進(jìn)入接觸室反應(yīng)后，總體積變?yōu)?7.2L。則該變化過程中SO₂轉(zhuǎn)化率是

（A）50%   （B）60%   （C）70%   （D）80%

【解析】解法一：設(shè)參加反應(yīng)的二氧化硫體積為2x    

2 SO₂ + O₂  ㄐ  2 SO₃   N₂體積（L） 總體積（L）

 開始時(shí)體積（L）  7     11      0      82           100

反應(yīng)后體積 （L）7-2x    11-x    2x      82          100-x

根據(jù)題意100-x=97.2   x=2.8L  

二氧化硫的轉(zhuǎn)化率為5.6L÷7L×100%=80%，答案為D。

解法二：設(shè)參加反應(yīng)的二氧化硫體積為2x

2 SO₂ + O₂  ㄐ  2 SO₃   體積差（L）

2L    1L     2 L       1L

2X                100L-97.2L=2.8L    X=2.8L

二氧化硫的轉(zhuǎn)化率為5.6L÷7L×100%=80%，答案為D。

例3．在下面的框圖中，固體A和B都由兩種相同的元素組成。在A、B中兩種元素的原子個(gè)數(shù)比分別為1/1和1/2。由D最終可制得E（酸）。

（1） 分析判斷A和B 各是什么物質(zhì)，寫出各自的化學(xué)式�！　�

（2）寫出①～⑦各步反應(yīng)的化學(xué)方程式。

【解析】 本題屬于綜合推斷題。主要考查學(xué)生對元素化合物知識掌握的熟練程度及分析、推斷能力。

分析判斷A和B的方法有很多。

方法一：根據(jù)“固體A和B都由兩種相同的元素組成。在A、B中兩種元素的原子個(gè)數(shù)比分別為1：1和1：2，可從中學(xué)所學(xué)的組成關(guān)系類似的物質(zhì)中尋找，以縮小范圍。A、B可能是FeS和FeS₂。

方法二：根據(jù)“A和B煅燒時(shí)都生成C（固體）和D（氣體）”可知，在學(xué)過的物質(zhì)中只有FeS和FeS₂為滿足這一條件的化合物。

方法三：從淡黃色沉淀和紅褐色沉淀突破：兩化合物中含有共同的元素應(yīng)是硫和鐵，不難知道A、B分別是FeS和FeS₂。

【答案】（1）A、B分別是FeS和FeS₂。

（2）①:4FeS₂+11O₂=== 2Fe₂O₃+8SO₂或4FeS+7O₂=== 2Fe₂O₃+4SO₂（高溫）②：2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄   ③：FeS+H₂SO₄=FeSO₄+H₂S↑

④：SO₂+2H₂S=3S↓+2H₂O  ⑤：6FeSO₄+3Br₂=2Fe₂(SO₄)₃+2FeBr₃ 

⑥：Fe₂(SO₄)₃+6KOH=2Fe(OH)₃↓+3K₂SO₄ 或FeBr₃+3KOH= Fe(OH)₃↓+3KBr⑦：2 Fe(OH)₃=Fe₂O₃+3H₂O

例4．將SO₂和O₂以體積比為1：3混合后，通入接觸室發(fā)生反應(yīng)2SO₂(g)+O₂(g) ㄐ  2 SO₃(g)， 達(dá)平衡時(shí)，在同溫、同壓下測得反應(yīng)前與反應(yīng)后混合氣體的密度之比為71：80。求SO₂的轉(zhuǎn)化率？并回答SO₂接觸氧化為SO₃時(shí)不采取加壓措施的原因。

【解析】 這是一道關(guān)于化學(xué)平衡和轉(zhuǎn)化率的綜合計(jì)算題。根據(jù)相同條件下氣體的密度之比等于同體積氣體的質(zhì)量之比，且反應(yīng)前后質(zhì)量守恒，可得出氣體的密度之比等于氣體體積的反比。 設(shè)反應(yīng)前混合氣體中SO₂的體積為1 L，O₂ 應(yīng)為3 L達(dá)平衡時(shí)SO₂的轉(zhuǎn)化的體積為x 。

2SO₂(g)+O₂(g) ㄐ  2 SO₃(g)    總體積

V/L（起始）  1      3         0         4L

V/L（轉(zhuǎn)化）  2x     x        2x

V/ L（平衡）1-2x    3-x       2x        4-x

根據(jù)氣體的密度之比等于氣體體積的反比，可得：

71：80=（4-x）：4   x=0.45L，則轉(zhuǎn)化的二氧化硫?yàn)?st1:chmetcnv UnitName="l" SourceValue=".9" HasSpace="False" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0" w:st="on">0.9L，

二氧化硫的轉(zhuǎn)化率為：0.9L÷1L×100%=90%

在工業(yè)上不加壓，SO₂的轉(zhuǎn)化率就達(dá)90% 以上，已經(jīng)很高，若再加壓SO₂的轉(zhuǎn)化率提高不大，但對設(shè)備的要求要提高許多，故沒有必要再加壓。�！�

例5．為了防治酸雨，減少煤燃燒時(shí)向大氣排放的SO₂，工業(yè)上通過生石灰和含硫的煤混合使用可以“固硫”（避免硫化合物進(jìn)入大氣），最后生成石膏。試回答：

（1）整個(gè)“固硫”反應(yīng)所涉及的反應(yīng)類型包括：①化合②分解③置換④復(fù)分解⑤氧化還原反應(yīng)⑥非氧化還原反應(yīng)⑦離子反應(yīng)⑧非離子反應(yīng)（分子反應(yīng)）。其中正確的是

　A．①⑤⑥⑦ 　　B．①②③⑤⑧ 　  C．①⑤⑥⑧ 　　　D．②④⑤⑦

（2） 第一步“固硫”反應(yīng)的化學(xué)方程式中所需氣態(tài)物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之和為　　

A．1 　　　B． 2 　　　　C．3 　　　　　　 D．4

（3）比較此法與“石灰石粉末與含硫煤混合”法哪個(gè)更好些?為什么?

（4）你認(rèn)為減少酸雨產(chǎn)生可采取的措施是

①少用煤作燃料②把工廠的煙囪造高 ③先將燃料煤脫硫 ④在土壤中加石灰防止酸化 ⑤開發(fā)新能源,避免含S、N的氧化物大量排放

A．①②③ B．②③④⑤ 　C．①③⑤ 　　　D．①③④⑤

【解析】 （1） 在含硫的煤中加生石灰“固硫”的反應(yīng)是CaO+ SO₂= CaSO₃、2CaSO₃+O₂= 2CaSO₄,可見所涉及到的反應(yīng)類型有化合、氧化還原反應(yīng)、非氧化還原反應(yīng)和非離子反應(yīng)。

（2）易錯(cuò)選B。主要是不清楚哪一個(gè)反應(yīng)是第一步“固硫”反應(yīng)。

（3）有的學(xué)生誤答“石灰石粉末與含硫煤混合”法更好。忽略了石灰石分解為CaO需消耗很高能量，浪費(fèi)煤，使生產(chǎn)成本提高。

（4）易錯(cuò)選A、B或D。錯(cuò)誤的原因是不能正確應(yīng)用已有知識全面分析具體問題。把煙囪造高不能減少SO₂的排放量；在土壤中施放石灰雖可中和酸雨造成的酸性，但由于生成CaSO₄,長期使用會(huì)使土壤板結(jié)，影響土質(zhì)。

【答案】⑴ C；⑵ A；⑶ 在含硫煤中加入生石灰的方法更好，因?yàn)榇朔ü?jié)約煤，成本低；⑷ C

例6．某硫酸廠初步處理后的尾氣中含0.2% 的SO₂和10% 的O₂(均為體積分?jǐn)?shù))。為了進(jìn)一步除去SO₂,并將SO₂轉(zhuǎn)變?yōu)?NH₄)₂SO₄,有人設(shè)計(jì)了如下方案:在400℃時(shí),尾氣以5 m³/h的速率通過V₂O₅的催化劑層后，與20 L/h速率的氨氣混合噴水。此時(shí)氣體溫度由400℃降至200℃，在熱的結(jié)晶裝置中得到(NH₄)₂SO₄晶體（氣體的體積已轉(zhuǎn)為標(biāo)準(zhǔn)狀況）。請回答下列問題：

（1）按反應(yīng)中的理論值，SO₂和O₂的體積比為2:1，但實(shí)際生產(chǎn)中這個(gè)比值是多少？為什么？

（2）    通過計(jì)算說明為什么尾氣以5 m³/h的速率與20 L/h速率的氨氣混合？

（3）    若該廠每天排放10000 m³尾氣，求該廠每月（按30天計(jì)算）可得到(NH₄)₂SO₄的質(zhì)量為多少？

【解析】（1）根據(jù)2SO₂+O₂ ㄐ  2 SO₃，SO₂和 O₂按2：1（體積比）的理論值反應(yīng)，但實(shí)際上v(SO₂):v(O₂)=0.2%:10%=1:50。根據(jù)化學(xué)平衡移動(dòng)原理，增大廉價(jià)的氧氣的濃度，可使反應(yīng)：2SO₂(g)+O₂(g) ㄐ  2 SO₃(g)向生成三氧化硫方向移動(dòng)，這樣可以增大較貴重的二氧化硫的轉(zhuǎn)化率。

（2）                                          2NH₃   ～     SO₂

                    2             1

V(NH₃)    5×10³×0.2%L/h  v(NH₃)=20L/h

(3) 根據(jù)2SO₂+O₂ ㄐ  2 SO₃，以及SO₃+H₂O+2NH₃=(NH₄)₂SO₄

得關(guān)系式：   SO₂   ～ 2NH₃～ (NH₄)₂SO₄

22.4L            132g

10⁷L×0.2%×30        m[(NH₄)₂SO₄]

m[(NH₄)₂SO₄]=3.54×10⁶g=3.54t

例7．含F(xiàn)eS₂65%的硫鐵礦在煅燒時(shí)有1.8%的硫損失而混入爐渣，二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫的利用率為99%。由這種硫鐵礦制2t98%的硫酸，需硫鐵礦多少噸？

【解析】通過本題的計(jì)算進(jìn)一步掌握物質(zhì)純度，轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率的計(jì)算關(guān)系式，并在多步反應(yīng)中找出量的相當(dāng)式進(jìn)行簡捷的計(jì)算。

題中65%為硫鐵礦的純度，有1.8%的硫損失也即是1.8%的FeS₂損失，二氧化硫的利用率（轉(zhuǎn)化率）也即是FeS₂的利用率。設(shè)需這種硫鐵礦的質(zhì)量為x。

解法一：              FeS₂              2H₂SO₄

120                                                           2×98

x×65%(1-1.8%)×99%     2t×98%   x=189.9t

解法二：              S                  H₂SO₄

                     32                   98

64/120x×65%×(1-1.8%)×99%      2t×98%   x=189.9t

評注：確定關(guān)系式的關(guān)鍵是根據(jù)硫元素守恒。要注意運(yùn)用某一種化合物中元素的損失率=該化合物的損失率。另外，耗損和利用率、產(chǎn)率和純度的關(guān)系要處理正確。關(guān)系式多用于工業(yè)生產(chǎn)中的計(jì)算題。

例8．某設(shè)計(jì)院承擔(dān)某硫酸廠的設(shè)計(jì)任務(wù)，該廠要求：①為了控制污染和提高生產(chǎn)效率，不再使用黃鐵礦，改用固體硫?yàn)樵�料。②改二次送風(fēng)（鼓入空氣）為一次送風(fēng)，即送風(fēng)后使硫充分燃燒，并在下一步催化氧化時(shí)不再補(bǔ)充空氣。③每天生產(chǎn)50t98%的硫酸。④送風(fēng)機(jī)每天輸送空氣的體積為5000m³/臺（標(biāo)準(zhǔn)狀況）。

（1）每天消耗含95%的固體硫多少噸？

（2）理論上應(yīng)安裝多少臺送風(fēng)機(jī)？

（3）固體硫充分燃燒后的混合氣體中氧氣的體積分?jǐn)?shù)ф（O₂）的下限為多少？

（4）實(shí)際安裝送風(fēng)機(jī)的臺數(shù)應(yīng)略多于理論數(shù)（不考慮損壞），為什么？能否過分增加送風(fēng)機(jī)的臺數(shù)，為什么？（轉(zhuǎn)化過程不考慮損耗；固體硫中雜質(zhì)與空氣不反應(yīng)；空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為21%）。

【解析】（1）設(shè)需固體硫的質(zhì)量為x。由關(guān)系式法：

           S――――――H₂SO₄

32                                                 98

x×95%         50t×98%     得 x=16.8t

（2）由反應(yīng)原理：S+O₂=SO₂,  SO₂+1/2O₂ㄐ   SO₃，SO₃+H₂O=H₂SO₄，可得總反應(yīng)式：S+3/2O₂+H₂O=H₂SO₄,n(O₂)=n(H₂SO₄) ×3/2=50×10⁶g×98%÷98g?mol^-1×3/2=7.5×10⁵mol。故理論上需安裝送風(fēng)機(jī)的臺數(shù)為：

（7.5×10⁵mol×22.4L?mol^-1）×10^-3m³?L^-1÷（5000m³/臺×21%）=16臺。

（3）硫充分燃燒后，混合氣體中氧氣的體積至少要保證反應(yīng)SO₂+1/2O₂ㄐ   SO₃所需的氧氣。設(shè)S燃燒生成的二氧化硫?yàn)?體積，則需消耗氧氣1體積；催化氧化為三氧化硫需氧氣0.5體積；空氣帶入的氮?dú)鉃?.5體積×79/21=5.64體積，故混合氣體中ф（O₂）=(0.5/0.5+1+5.64) ×100%=7%(下限)

   （4）實(shí)際安裝送風(fēng)機(jī)臺數(shù)略多于理論數(shù)的原因是：增大空氣（氧氣）的量，有利于平衡2SO₂+O₂ ㄐ  2 SO₃向右移動(dòng)，從而提高二氧化硫的轉(zhuǎn)化率。但過分增加空氣的量，會(huì)帶走熱交換器的熱量，降低反應(yīng)的速率，不利于工業(yè)生產(chǎn)。

    評注：本題涉及到化工生產(chǎn)的反應(yīng)原理、條件控制及計(jì)算，具有一定的開放性和研究性，代表了新教材的新理念。

例9．“綠色化學(xué)”要求從技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上設(shè)計(jì)可行的化學(xué)反應(yīng)，使其盡可能減少對環(huán)境的負(fù)作用。下列化學(xué)反應(yīng)中，不符合綠色化學(xué)概念的是

A．用氨水吸收硫酸廠的尾氣：SO₂+2NH₃+H₂O=(NH­₄)₂SO₃

B．除去硝酸工業(yè)尾氣中的氮氧化合物：NO₂+NO+2NaOH=2NaNO₂+H₂O

C.制硫酸銅：Cu+2H₂SO₄=CuSO₄+SO₂↑+2H₂O

D．制硫酸銅：2Cu+O₂=2CuO  CuO+H₂SO₄(稀)=CuSO₄+H₂O

【解析】綠色化學(xué)是人類與自然和諧發(fā)展的化學(xué)，是21世紀(jì)化學(xué)發(fā)展的目標(biāo)和方向。綠色化學(xué)要求我們盡可能研究和尋找能充分利用的無毒害原料，最大限度地節(jié)約能源，在工業(yè)生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)都爭取做到凈化和無污染。它要求我們在化工生產(chǎn)中充分考慮催化劑和載體的重復(fù)使用，全面回收未反應(yīng)的原料、助溶劑、穩(wěn)定劑等物質(zhì)，拒絕使用無法替代、無法回收、無法再生或不能重復(fù)使用的有明顯污染的物質(zhì)，努力做到?jīng)]有“三廢”的排放。在選項(xiàng)A、B、D      中，每一種物質(zhì)都得到了充分的利用，而且均沒有污染產(chǎn)生，但在選項(xiàng)C中，2mol硫酸只能生成1mol硫酸銅，同時(shí)還放出了有毒的二氧化硫氣體，所以選項(xiàng)C不符合綠色化學(xué)的概念。

答案：C。

例10．隨著社會(huì)的進(jìn)步和人民生活水平的提高，環(huán)境問題越來越受到人們的關(guān)注。下列名詞中與環(huán)境問題無關(guān)的是

①溫室效應(yīng) ②赤潮 ③酸雨 ④光化學(xué)煙霧 ⑤臭氧空洞 ⑥潮汐 ⑦大脖子病 ⑧富營養(yǎng)化 ⑨白色污染

A．②⑥⑦     B．⑥      C．①③⑤    D．⑥⑦⑧

【解析】凡是在環(huán)境中產(chǎn)生的能影響人類生活和生產(chǎn)，甚至影響人類生存的種種問題都屬于環(huán)境問題。環(huán)境問題中有一部分是自然原因造成的，但更多的是人為因素造成的，如濫采濫用自然資源，任意排放有害物質(zhì)或不正確地使用化肥、農(nóng)藥，城市人口迅速膨脹而造成的垃圾、污水、噪音、汽車尾氣、大型工程建設(shè)不當(dāng)?shù)取?/p>

例11．已知?dú)溲趸�鈣在水中存在下列溶解平衡：Ca(OH)₂(s) ㄐCa²⁺+2OH^-。在火力發(fā)電廠燃燒煤的廢氣中往往含有二氧化硫、氧氣、氮?dú)�、二氧化碳等。為了除去有害氣體二氧化硫并變廢為寶，常常用粉末狀的碳酸鈣或熟石灰的懸濁液洗滌廢氣，反應(yīng)產(chǎn)物為石膏[CaSO₄?2H₂O]。

(1)寫出上述兩個(gè)反應(yīng)的化學(xué)方程式：①_____________；②_________________。

（2）試說明用熟石灰的懸濁液，而不用澄清石灰水洗滌廢氣的理由：________。

（3）在英國進(jìn)行的一個(gè)研究結(jié)果表明：高煙囪可以有效地降低地表面二氧化硫的濃度。在二十世紀(jì)六七十年代的10年間，由發(fā)電廠排放出的二氧化硫增加了35%，但由于建造高煙囪的結(jié)果使地面二氧化硫的濃度降低了30%之多。請從全球環(huán)境保護(hù)的角度，分析這種方法是否可�。看餩___________________。

【解析】（1）①2SO₂+O₂+2CaCO₃=2CaSO₄+2CO₂

或2SO₂+O₂+2CaCO₃+4H₂O=2[CaSO₄?2H₂O]+2CO₂

②     2SO₂+O₂+2Ca(OH)₂=2CaSO₄+2H₂O

或2SO₂+O₂+2Ca(OH)₂+2H₂O=2[CaSO₄?2H₂O]

（2）氫氧化鈣微溶于水，澄清的石灰水中氫氧化鈣的濃度小，不利于二氧化硫的吸收。

（3）不可取，因?yàn)槎�氧化硫的排放總量沒有減少，進(jìn)一步形成酸雨仍會(huì)造成對全球環(huán)境的危害。

評注：工業(yè)上處理尾氣二氧化硫的方法有多種，在學(xué)習(xí)這一知識時(shí)要注意不要思維定勢，要學(xué)會(huì)多向思考，從二氧化硫是酸性氧化物、具有氧化性和還原性等角度去理解。

實(shí)戰(zhàn)演練

硫酸工業(yè)

1.下列四種溶液中，一定存在SO的是?

A.向甲溶液中加入BaCl₂溶液，產(chǎn)生白色沉淀?

B.向乙溶液中加入BaCl₂溶液，有白色沉淀，再加入鹽酸沉淀不溶解?

C.向丙溶液中加入鹽酸使之酸化，再加入BaCl₂溶液，有白色沉淀產(chǎn)生?

D.向丁溶液中加入硝酸酸化，再加入硝酸鋇溶液，有白色沉淀產(chǎn)生?

2.已知98%的濃H₂SO₄的濃度為18.4 mol/L，則49%的硫酸溶液的濃度為?

A.9.2 mol/L                                       B.大于9.2 mol/L?

C.小于9.2 mol/L                               D.不能確定?

3.向50 mL 18 mol/L硫酸中加入足量的銅片并加熱，被還原的硫酸的物質(zhì)的量（n）為?

A.n=0.9 mol                                      B.0.45 mol＜n＜0.9 mol?

C.n=0.45 mol                                    D.n＜0.45 mol?

4.在200 mL 0.5 mol?L^－1 NaOH溶液中，加入一定量SO₃，在一定條件下蒸發(fā)所得溶液，析出的固體物質(zhì)只有5.0 g，該固體物質(zhì)的成分可能是(固體物質(zhì)均不含結(jié)晶水)

A.Na₂SO₄                                          B.NaHSO₄?

C.NaOH和Na₂SO₄                            D.Na₂SO₄和NaHSO₄?

5.利用廢銅屑制取CuSO₄溶液最好的方法是?

A.銅屑和濃硫酸混合加熱?

B.銅屑在空氣中燃燒后再溶于稀H₂SO₄

C.銅屑與稀硫酸混合加熱?

D.銅屑在空氣中灼燒后再溶于濃H₂SO₄

6.各取pH=2的H₂SO₄和H₂SO₃溶液350 mL，分別稀釋5倍后，再分別加入0.1 g Zn，在相同條件下讓它們充分反應(yīng)，則?

A.兩者放出H₂體積一樣?

B.H₂SO₄放出的H₂比H₂SO₃放出的H₂體積小?

C.H₂SO₄放出的H₂比H₂SO₃放出的H₂體積大?

D.H₂SO₄的反應(yīng)速率比H₂SO₃的反應(yīng)速率快?

7.某溫度下CuSO₄的溶解度為25 g，若溫度不變，將32 g無水CuSO₄粉末撒入m g水中，形成飽和溶液并有CuSO₄?5H₂O晶體析出時(shí)，m的取值范圍是?

A.18 g≤m≤128 g                             B.36 g＜m＜180 g?

C.18 g＜m＜128 g                             D.36 g≤m≤180 g?

8.將三氧化硫溶解在硫酸中所得到的混合物稱為“發(fā)煙硫酸”，通常以三氧化硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示其組成。將 0.1185 g發(fā)煙硫酸試樣溶于水，用 0.125 mol?L^－1的NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定。用去此標(biāo)準(zhǔn)溶液20 mL，恰好中和，則試樣中SO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為?

A.15%                  B.17%                  C.34%                  D.60%?

9.在硫酸的工業(yè)生產(chǎn)中，下列生產(chǎn)操作及對生產(chǎn)操作主要原因的說明二者都正確的是?

A.從沸騰爐出來的爐氣需凈化，因?yàn)闋t氣中SO₂會(huì)與雜質(zhì)反應(yīng)?

B.硫鐵礦燃燒前需要粉碎，因?yàn)榇髩K的不能燃燒?

C.SO₃用98.3%的濃H₂SO₄吸收，目的是防止形成酸霧，以使SO₃吸收完全?

D.SO₂氧化為SO₃時(shí)需使用催化劑，這樣可以提高SO₂的轉(zhuǎn)化率?

10.下列各組氣體中，在實(shí)驗(yàn)室可用硫酸制取，又能用濃H₂SO₄干燥的一組是?

A.HCl、HBr、H₂                                     B.H₂S、CO₂、H₂?

C.H₂、SO₂、HCl                                      D.NH₃、HF、H₂?

11.（10分）濃硫酸與木炭粉在加熱條件下的化學(xué)方程式為                         。

（2）試用下圖所列各裝置設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證上述反應(yīng)所產(chǎn)生的各種產(chǎn)物。這些裝置的連接順序（按產(chǎn)物氣流從左到右的方向）是（填裝置的編號）：         →         →

         →         。

（3）實(shí)驗(yàn)時(shí)可觀察到裝置①中A瓶的溶液褪色，C瓶的溶液不褪色。A瓶溶液的作用是         ，B瓶溶液的作用是         ，C瓶溶液的作用是                      。

（4）裝置②中所加的固體藥品是         ，可確證的產(chǎn)物是         ，確定裝置②在整套裝置中位置的理由是                                                       。

（5）裝置③中所盛溶液是         ，可驗(yàn)證的產(chǎn)物是         。

12.(10分)某無色溶液可能含有下列鈉鹽中的幾種：A.氯化鈉  B.硫化鈉  C.亞硫酸鈉  D.硫代硫酸鈉  E.硫酸鈉  F.碳酸鈉。向此溶液中加入適量稀硫酸，有淺黃色的沉淀析出，同時(shí)有氣體產(chǎn)生。此氣體有臭雞蛋氣味，可使澄清的石灰水變渾濁，不能使品紅

試液褪色。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象回答下列問題。?

(1)不能使品紅試液褪色，說明該氣體中不含          (填寫分子式)。

(2)此無色溶液中至少存在哪幾種鈉鹽?請寫出全部可能的情況(填寫相應(yīng)的字母)。?

第一種情況是                           ，第二種情況是                   ，

第三種情況是                          ，第四種情況是                 。(可不填滿，也可補(bǔ)充)

13.(10分)A～F均為中學(xué)化學(xué)中常見的物質(zhì)，它們之間相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系如下圖所示(反應(yīng)生成的水已略去)：?

 (1)寫出下列物質(zhì)的化學(xué)式：?

A                  ，D                      ，F(xiàn)                  。

(2)單質(zhì)C與D的濃溶液反應(yīng)時(shí)，若轉(zhuǎn)移0.1 mol 電子，則生成E物質(zhì)多少克？

14.(10分)在兩個(gè)質(zhì)量相等的燒杯中，均盛有100 mL 1 mol?L^－1的稀硫酸，分別向兩燒杯中加入A g NaHCO₃和B g KHCO₃固體，反應(yīng)完全后，兩燒杯中所剩物質(zhì)的總質(zhì)量相等。

(1)當(dāng)兩種鹽均不足時(shí)，A∶B的值為多少??

(2)當(dāng)硫酸不足量時(shí)，試求A∶B的值，并求出A和B的取值范圍。

15.（10分）硫鐵礦高溫下空氣氧化產(chǎn)生二氧化硫：4FeS₂＋11O₂8SO₂＋2Fe₂O₃

設(shè)空氣中N₂、O₂的含量分別為0.800和0.200(體積分?jǐn)?shù)，以下氣體含量均用體積分?jǐn)?shù)表示)，試完成下列各題：

（1）1.00 mol FeS₂完全氧化，需要空氣的體積（標(biāo)準(zhǔn)狀況）為                 L。

（2）55 L空氣和足量FeS₂完全反應(yīng)后，氣體體積（同溫同壓）變?yōu)?u>            L。

（3）用空氣氧化FeS₂產(chǎn)生的氣體混合物中，O₂的含量為0.0800,計(jì)算SO₂的含量。?

（4）設(shè)FeS₂氧化產(chǎn)生的氣體混合物為100 L，其中O₂為a L,SO₂為b L。

①寫出a和b的關(guān)系式。?

②在下圖中畫出a和b的關(guān)系曲線(FeS₂氧化時(shí)，空氣過量20%)。?

說明：為方便作圖，縱坐標(biāo)用13b表示。