接触法制H2SO4的基本原理是:①4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2②2SO2+O2  2SO3③SO3+H2O  H2SO4其中排放的尾气含少量SO2

接触法制H2SO4的基本原理是:①4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2②2SO2+O2  2SO3③SO3+H2O  H2SO4其中排放的尾气含少量SO2

题型:不详难度:来源:
接触法制H2SO4的基本原理是:
①4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2
②2SO2+O2  2SO3
③SO3+H2O  H2SO4
其中排放的尾气含少量SO2,为防止污染大气,在排放前应设法进行综合利用。
(1)某硫酸厂每天排放10000m3(换算成标准状况下体积)尾气中含0.2%(体积分数)的SO2,问用NaOH溶液、石灰及氧气处理后,假设硫元素不损失,理论上可得到多少千克石膏(CaSO4·2H2O)?
(2)如果将一定体积的尾气通入100mL2mol·L-1的NaOH溶液使其完全反应,经测定所得溶液含16.7g溶质。试分析溶液的成分,并计算各成分的物质的量。
(3)工厂在尾气处理制石膏的过程中,中间产物是NaHSO3,调节尾气排放的流量,以取得SO2和NaOH间物质的量的最佳比值,从而提高NaHSO3的产量。现设n(SO2)、n(NaOH)、n(NaHSO3)分别表示SO2、NaOH、NaHSO3的物质的量,且=x,试写出x在不同取值范围时,n(NaHSO3)的值或n(NaHSO3)与n(SO2)、n(NaOH)间的关系式。
x=n(SO2)/n(NaOH)
n(NaHSO3
 
 
 
 
 
 

   提示:该题取材于接触法制硫酸的过程中对废气SO2的处理,即消除了SO2对空气的污染,又使SO2得到综合利用。该题在能力要求上有一定的深度和坡度。第(1)步考查多步反应的计算,所发生的一系列反应较为复杂,但根据S元素守恒找出关系式,即可得出答案。第(2)步涉及平行反应中混合物的计算。反应方程式为2NaOH+SO2  Na2SO3+H2O;NaOH+SO2  aHSO3。根据题给条件,对上述反应运用极值假设法进行分析讨论。第(3)步考查计算题中范围讨论的基础知识,以及过量问题和平行反应的计算。
答案
   

解析
   (1)设得CaSO4·2H2O的质量为y。
根据S元素守恒有:
SO2     ~      CaSO4·2H2O
22.4L               172g
104×103×0.2%L     y
y=153.6kg
(2)若溶质全为Na2SO3,则反应为
2NaOH+SO2  Na2SO3+H2O
m(Na2SO3)=126g·mol-1×2×mol=12.6g
若溶质全为NaHSO3,则根据反应
NaOH+SO2  NaHSO3
m(NaHSO3)=104g·mol-1×2×0.1mol=20.8g
由于20.8>16.7>12.6,所以溶质为Na2SO3和NaHSO3的混合液。
设混合物中NaHSO3的物质的量为m,Na2SO3的物质的量为n。
解法一:

解之,得:m=0.1mol,n=0.05mol
解法二:用配平方程式计算
(2n+m)NaOH+(m+n)SO2  nNa2SO3+mNaHSO3+nH2O
则有

m=0.1mol   n=0.05mol
(3)SO2通入NaOH溶液时可能发生的反应为
2NaOH+SO2  Na2SO3+H2O(Ⅰ)
NaOH+SO2  NaHSO3(Ⅱ)
①当x=时,反应按(Ⅰ)式进行,SO2全部反应,生成物皆为Na2SO3,故n(NaHSO3)=0。
②当x=≥1时,反应按(Ⅱ)式进行,NaOH全部反应,生成物全是NaHSO3,有n(NaHSO3)=n(NaOH)。
③当<x<1时,(Ⅰ)(Ⅱ)两个反应平行进行,NaOH与SO2两物质均耗尽,生成NaHSO3和Na2SO3的混合物。〔由(2)步的分析可有〕
n(NaHSO3)+2n(Na2SO3)=n(NaOH)   (Na+守恒)
n(Na2SO3)+n(NaHSO3)=n(SO2)      (S守恒)
解之,得n(NaHSO3)=2n(SO2)-n(NaOH)
举一反三
某化学小组为了测定石膏(CaSO4·xH2O)的组成,即测定x值,做如下实验:将石膏加热使之脱水,加热过程中固体的质量与时间的变化关系如下图所示。数据表明当固体的质量为2.72g后不再改变。

求(必须写出计算过程):
(1)石膏的化学式。
(2)图象中AB段对应化合物的化学式。
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下列离子方程式中,正确的是(   )
A.金属钠与冷水反应:Na+2H2O====Na++2OH-+H2
B.碳酸钙投入醋酸溶液中CaCO3+2CH3COOH====Ca2++2CH3COO-+H2O+CO2
C.向Ca(ClO)2溶液中通过量CO2气体:Ca2++2ClO-+CO2+H2O====CaCO3↓+2HClO
D.向硫酸铜溶液中滴入Ba(OH)2溶液:Ba2++====BaSO4

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关于浓、稀H2SO4的叙述正确的是(   )
A.浓H2SO4、稀H2SO4都难挥发
B.浓H2SO4、稀H2SO4都有氧化性,故浓、稀H2SO4都是氧化性酸
C.浓H2SO4、稀H2SO4在加热时都能与铜反应
D.浓H2SO4、稀H2SO4在常温下都能用铁制容器储存

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下列变化的实质相似的是(   )
A.浓H2SO4和浓盐酸在空气中敞口放置时浓度均减小
B.SO2和Cl2均能使品红溶液褪色
C.浓H2SO4和稀H2SO4与锌反应时均产生气体
D.HBr、HI气体均不能用浓H2SO4制取

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(12分)(1)为防治酸雨,降低煤燃烧时向大气排放的SO2,工业上将生石灰和含硫煤混合后使用。请写出燃烧时,有关“固硫”(不使含硫化合物进入大气)反应的化学方程式_______________________________。
(2)某有色金属冶炼厂排放的废气中含SO2,先用石灰浆吸收SO2,然后利用空气中的氧气将产物继续氧化成石膏(CaSO4·2H2O)。写出两个反应的化学方程式
_______________________________。
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