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9.硫酸工业生产应考虑综合经济效益问题,根据下面工业生产硫酸的工艺流程图回答有关问题:
(1)硫酸厂沸腾炉排出的矿渣中含有Fe2O3、CuO、CuSO4(由CuO与SO2在沸腾炉中化合而成),CuFeS2是黄铁矿的另一成分,写出煅烧CuFeS2的化学方程式为4CuFeS2+13O2$\frac{\underline{\;煅烧\;}}{\;}$ 4CuO+2Fe2O3+8SO2.
(2)流程图中设备A是接触室(填设备名称),其中该设备上部迅婚使用的气体为SO2和O2.
(3)吸收塔采用98.3%浓硫酸吸收SO2的原因是可以防止形成酸雾,使三氧化硫吸收完全.
(4)根据工艺流程图及环保角度判断下列说法正确的是ABDE(填序号)
A.为使黄铁矿充分燃烧,需将其粉碎
B.沸腾炉中排出的炉渣可供炼铁
C.使用催化剂可提高SO2的反应速率和转化率
D.尾气中SO2可用NaOH浓溶液来吸收
E.硫酸厂的厂址宜选在消耗硫酸甚多的工业城市的郊区
(5)沸腾炉排出的炉渣中的硫酸铜的质量分数随沸腾炉温度不同而变化(见下表)
沸腾炉温度/℃600620640660
炉渣中CuSO4的质量分数/%9.39.29.08.4
请用平衡移动原理解释上表中CuSO4的质量分数随温度升高而降低的原因SO2转化为SO3是正反应放热的可逆反应,随温度升高,平衡左移,SO3物质的量减少,所以CuSO4的量减少(或温度升高,SO3物质的量减少,故CuSO4的量减少).
(6)某硫酸厂为测定设备A中所得气体中SO2的体积分数,取280mL(已折算成标准状况)气体样品与足量Fe(SO4)3溶液完全反应后(不考虑氧气的影响),用浓度为0.02mol/L的K2Cr2O7标准溶液滴定至中点,消耗K2Cr2O7溶液25.00mL,则接触室所得气体中SO2的体积分数为12.00%.

分析 (1)根据反应物和生成物结合质量守恒来书写化学方程式;
(2)SO2和O2的反应在接触室中进行;由图可知:该设备上部循环使用的气体是SO2和O2,下部是产物SO3;
(3)SO3与H2O化合时放出大量的热,能形成酸雾,不利于三氧化硫的吸收;
(4)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,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;硫酸工业尾气中含二氧化硫,根据二氧化硫的性质可用碱液吸收;硫酸工业生产应考虑综合经济效益问题,同时要考虑当地的需求量情况,硫酸厂是一座具有一定污染性的工厂;
(5)由表中数据分析出温度和CuSO4的质量分数之间的关系,而CuSO4的质量取决于SO3 的质量,再由反应2SO2(g)+O2(g) $?_{△}^{催化剂}$ 2SO3(g),△H=-98.3kJ•mol-1分析SO3 的质量和温度之间的关系;
(6)二氧化硫与硫酸铁反应生成硫酸亚铁和硫酸,据此写出反应的离子方程式;利用14H++Cr2O72-+6Fe2+═2Cr3++6Fe3++7H2O、SO2+2Fe3++2H2O=SO42-+2Fe2++4H+可知,3SO2~Cr2O72-,结合题中数据进行计算.

解答 解:(1)反应物和生成物已知,结合质量守恒来书写化学方程式为:4CuFeS2+13O2 $\frac{\underline{\;煅烧\;}}{\;}$ 4CuO+2Fe2O3+8SO2,故答案为:4CuFeS2+13O2 $\frac{\underline{\;煅烧\;}}{\;}$ 4CuO+2Fe2O3+8SO2;
(2)SO2和O2的反应在接触室中进行;由图可知:该设备上部循环使用的气体是SO2和O2,下部是产物SO3;
故答案为:接触室;SO2和O2;
(3)SO3与H2O化合时放出大量的热,用水或稀硫酸吸收易形成酸雾,反而不利于成分吸收SO3,所以在吸收塔吸收SO3不用水或稀硫酸,用浓硫酸吸收,
故答案为:可以防止形成酸雾,使三氧化硫吸收完全;
(4)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.沸腾炉排出的矿渣有F2O3,F2O3可供炼铁,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错误;
D.因为SO2+2NaOH═Na2SO3+H2O,所以尾气中SO2可用NaOH浓溶液来吸收,故D正确;
E.硫酸工业生产应考虑综合经济效益问题,同时要考虑当地的需求量情况,硫酸厂是一座具有一定污染性的工厂,所以硫酸厂的厂址宜选在消耗硫酸甚多的工业城市的郊区
故E正确;
故答案为:ABDE;
(5)硫酸厂沸腾炉排出的矿渣中含有Fe2O3、CuO、CuSO4(由CuO与SO3 在沸腾炉中化合而成),根据题意由表中数据可知,硫酸铜的质量分数随沸腾炉温度升高而降低,是因为反应CuO+SO3 $\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$ CuSO4中SO3的质量减少导致的,根据2SO2(g)+O2(g)$?_{△}^{催化剂}$ 2SO3(g)△H=-98.3kJ•mol-1 反应制备SO3,该反应为可逆反应,正方向为放热,随着温度升高,平衡逆向移动,导致SO3的量减少,由CuO与SO3在沸腾炉中化合而成CuSO4的量也减少,
故答案为:SO2转化为SO3是正反应放热的可逆反应,随温度升高,平衡左移,SO3物质的量减少,所以CuSO4的量减少(或温度升高,SO3物质的量减少,故CuSO4的量减少);
(6)根据14H++Cr2O72-+6Fe2+═2Cr3++6Fe3++7H2O、SO2+2Fe3++2H2O=SO42-+2Fe2++4H+可得关系式:
      3SO2~Cr2O72-,
      3      1
      x    0.02mol/L×0.025L
解得:x=$\frac{0.02mol/L×0.025L×3}{1}$=0.0015mol,
则接触室中所得气体中SO2的体积分数为:0.0015mol÷$\frac{0.28L}{22.4L/mol}$×100%=12.00%,
故答案为:12.00%.

点评 本题以实际化工生产“黄铜矿的综合利用”为背景,考查了元素化合物知识,离子方程式和化学方程式的书写,题目更注重考查学生利用化学原理来解决实际问题的能力.

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4.在硫酸的工业制法中,下列生产操作及对采取此操作的主要原因的叙述都正确的是(  )
A.硫铁矿燃烧前需要粉碎,因为大块的不能在空气燃烧
B.沸腾炉出来的炉气需净化,因为其中的SO2会与杂质反应
C.SO2氧化为SO3时,使用催化剂可以提高硫酸的产率
D.SO3用98.3%的浓硫酸吸收,目的是防止形成酸雾,以使SO3吸收完全

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14.元素周期表的排列和分区与元素基态原子核外电子的排布息息相关,请据此回答下列问题:
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③X和Y可形成多种类型的结构.下列说法正确的是ab.
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b、立方“类金刚石”YX晶体是超硬材料,有优异的耐磨性
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