根據(jù)下列框圖關系填空,已知反應①、③是我國工業(yè)生產(chǎn)中的重要反應,X常溫下為無色無味透明液體;C焰色反
一、根據(jù)下列框圖關系填空,已知反應①、③是我國工業(yè)生產(chǎn)中的重要反應,X常溫下為無色無味透明液體;C焰色反
根據(jù)下列框圖關系填空,已知反應①、③是我國工業(yè)生產(chǎn)中的重要反應,X常溫下為無色無味透明液體推斷為水;C焰色反應火焰呈黃色說明含鈉元素,J為紅褐色沉淀為氫氧化鐵;F為Fe2O3;D、E常溫下為氣體,且E能使品紅溶液褪色說明E為SO2;G為SO3;H為H2SO4;I為硫酸鐵;思路 1,3兩個反應均有D,且1是高溫條件下反應的,可以設想D為氧氣(氧化反應),所以B為過氧化鈉,C為氫氧化鈉,D為氧氣;A和D在高溫下反應生成二氧化硫和含三價鐵的化合物,工業(yè)上常用的有兩種生產(chǎn)中的重要反應(硝酸的工業(yè)生產(chǎn)和硫酸的工業(yè)生產(chǎn),硫酸的工業(yè)生產(chǎn)原料多為單質(zhì)硫和黃鐵礦,符合條件的是黃鐵礦;所以A為FeS2;依據(jù)判斷出的物質(zhì)進行分析判斷;
A為FeS2;,B為Na2O2;C為NaOH;x為H2O;,D為氧氣,E為SO2;F為氧化鐵,G為SO3;H為硫酸,I為硫酸鐵;J為氫氧化鐵;
(1)依據(jù)分析判斷結(jié)果,G為:SO3??故答案為:SO3
(2)固體A中所包含的化學鍵與固體B類似,是過硫化亞鐵,電子式為:
,
故答案為:
;
(3)反應②是過氧化鈉與水反應,反應的離子方程式為:2Na2O2+2H2O=4Na++4OH-+O2↑,
故答案為:2Na2O2+2H2O=4Na++4OH-+O2↑
(4)反應④是三氧化二鐵和硫酸反應,反應的離子方程式為:Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O,
故答案為:Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O
(5)已知每生成16g E為SO2,物質(zhì)的量為0.25mol,放出106.5kJ熱量,依據(jù)化學方程式4FeS2(s)+11O2(g)=2Fe2O3(s)+8SO2(g);生成8molSO2,放熱為:
8×106.5
0.25 =3408KJ,反應①是二硫化亞鐵和氧氣反應生成三氧化二鐵和二氧化硫,反應的熱化學方程式為:4FeS2(s)+11O2(g)=2Fe2O3(s)+8SO2(g);△H=-3408?kJ/mol;
故答案為:4FeS2(s)+11O2(g)=2Fe2O3(s)+8SO2(g);△H=-3408 kJ/mol.
二、三氧化硫用98.3%的濃硫酸吸收,目的是防止形成酸霧,以使三氧化硫吸收完全,這句話對還是錯?
這句話是對的,三氧化硫能被完全吸收。
用98.3%的濃硫酸吸收三氧化硫的原因如下:
1、假如有水來吸收三氧化硫,由于三氧化硫和水反應是放熱反應,溫度很高,這水已經(jīng)變?yōu)闅怏w,那么水和三氧化硫?qū)嶋H上在氣體狀態(tài)下反應得到硫酸,此時硫酸以酸霧的形成停留在吸收塔中,很難沉降下來,造成水吸收三氧化硫的速度大大降低了!
2、用低于98.3%的濃硫酸來吸收三氧化硫同樣存在以上問題,最后實驗的結(jié)果,工業(yè)上一般就是98.3%的濃硫酸來吸收三氧化硫。此時硫酸是液態(tài)的形成存在(硫酸是高沸點酸),增大來吸收速率)
3、當硫酸的濃度增大以后,譬如達到了100%的硫酸,此時照樣可以吸收三氧化硫,此時得到的硫酸又叫發(fā)煙硫酸,意思就是三氧化硫作為溶質(zhì)溶解在硫酸中得到來三氧化硫的硫酸溶液!使用時候,加適量的水,可以得到各種濃度的硫酸,以便用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)!
三、什么是法制硫酸
接觸法制硫酸
硫酸是基礎化學工業(yè)的重要產(chǎn)品。它是許多化學工業(yè)的原料,大量的用于制造化肥、農(nóng)藥、醫(yī)藥、染料、炸藥、化學纖維等。它還廣泛應用于石油煉制、冶金、機械制造、紡織印染等國民經(jīng)濟部門。因此,有人認為硫酸的消費量可視為一個國家工業(yè)發(fā)達水平的一種標志,可見硫酸工業(yè)在國民經(jīng)濟中占有重要的地位。 解放前,我國的硫酸工業(yè)十分落后,1949年產(chǎn)量只有四萬噸。新中國成立后,硫酸工業(yè)得到快速發(fā)展,目前年產(chǎn)量已達一千多萬噸,位居世界前列。
接觸法制硫酸可以用硫黃、黃鐵礦、石膏、有色金屬冶煉廠的煙氣(含有一定量的SO2)等作原料。世界上主要用硫黃作原料制硫酸,是因為用硫黃作原料成本低,對環(huán)境的污染少。我國由于硫黃礦產(chǎn)資源較少,主要用黃鐵礦作原料,部分工廠用有色金屬冶煉廠的煙氣、礦產(chǎn)硫黃或從石油、天然氣脫硫獲得的硫黃作原料。
工業(yè)制造硫酸的生產(chǎn)過程主要分三個階段。
一、造氣
將硫黃或經(jīng)過粉碎的黃鐵礦,分別放在專門設計的燃燒爐中,利用空氣中的氧氣使其燃燒,就可以得到SO2。
ΔH=-297 kJ/mol
ΔH=-853kJ/mol
燃燒黃鐵礦是在沸騰爐中進行的。當黃鐵礦礦粒燃燒的時候,從爐底通入強大的空氣流,在爐內(nèi)一定空間里把礦粒吹得劇烈翻騰,好像“沸騰著的液體”。因此,人們把這種燃燒爐叫做沸騰爐(如上圖)。由于礦粒在沸騰爐中燃燒得比較完全,從而可提高原料的利用率。
從燃燒爐中出來的氣體叫做爐氣。用燃燒黃鐵礦制得的爐氣含有SO2、O2、N2、水蒸氣以及一些雜質(zhì),如砷、硒等的化合物和礦塵等。雜質(zhì)和礦塵都會使催化劑中毒,水蒸氣對設備和生產(chǎn)也有不良影響。因此,在進行下一步氧化反應以前,必須對爐氣進行凈化和干燥處理。用燃燒硫黃制得的爐氣除含有SO2、O2和N2外,雜質(zhì)較少,不需要經(jīng)過凈化和干燥處理。
二、接觸氧化
經(jīng)過凈化、干燥的爐氣(其成分體積分數(shù)分別約為:SO27%,O211%,N282%)進入接觸室(見“接觸法制硫酸流程圖”),發(fā)生氧化反應,生成SO3。
SO2跟O2是在催化劑(如V2O5等)表面上接觸時發(fā)生反應的,所以,這種生產(chǎn)硫酸的方法叫做接觸法。
SO2接觸氧化反應在什么條件下進行最為有利呢?
1.溫度
SO2接觸氧化是一個放熱的可逆反應,根據(jù)化學平衡理論判斷可知,此反應在溫度較低的條件下進行最為有利。表1列出的一系列實驗數(shù)據(jù)也證明了這一點。
表1 不同溫度下SO2的平衡轉(zhuǎn)化率
但是,溫度較低時催化劑活性不高,反應速率低,從綜合經(jīng)濟效益來考慮,對生產(chǎn)不利。在實際生產(chǎn)中,選定400℃~500℃作為操作溫度,因為在這個溫度范圍內(nèi),反應速率和SO2的平衡轉(zhuǎn)化率(93.5%~99.2%)都比較理想。
2.壓強
SO2的接觸氧化也是一個總體積縮小的氣體反應。表2列出了壓強對SO2平衡轉(zhuǎn)化率影響的一系列實驗數(shù)據(jù)。
討論1 根據(jù)化學平衡理論和表2的數(shù)據(jù),考慮綜合經(jīng)濟效益,你認為SO2的接觸氧化反應在什么壓強下進行最為有利?
表2的數(shù)據(jù)說明,增大氣體壓強,能相應提高SO2的平衡轉(zhuǎn)化率,但提高得并不多??紤]到加壓必須增加設備,增大投資和能量消耗,而且常壓下400℃~500℃時,SO2的平衡轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高,所以硫酸工廠通常采用常壓進行操作,并不加壓。
由于SO2的氧化反應需在400℃~500℃條件下進行,因此,反應前必須把爐氣預熱到這個溫度;又由于此反應是放熱反應,隨著反應的進行,反應環(huán)境的溫度會不斷升高,這不利于SO3的生成。所以在接觸室的兩層催化劑之間裝上一個熱交換器,用來把反應生成的熱,傳遞給進入接觸室需要預熱的爐氣,還可以冷卻反應后生成的氣體。
三、三氧化硫的吸收
從接觸室出來的氣體,主要是SO3、N2以及剩余的未起反應的O2和SO2。SO3與H2O化合就生成了H2SO4。
SO3(g)+H2O(l)====H2SO4(l)
ΔH=-130.3 kJ/mol
H2SO4雖然是由SO3跟H2O化合制得的,但工業(yè)上并不直接用H2O或稀硫酸來吸收SO3。因為那樣容易形成酸霧,不利于對SO3的吸收。為了盡可能提高吸收效率,工業(yè)上用H2SO4質(zhì)量分數(shù)為98.3%的硫酸作吸收。
吸收過程在吸收塔里進行。為了增大SO3跟98.3%的硫酸的接觸面積,強化吸收過程,在吸收塔里裝填了大量瓷環(huán)。吸收操作采取逆流的形式,SO3從吸收塔的下部通入,98.3%的硫酸從吸收塔頂噴下,供稀釋用的硫酸從吸收塔底放出。98.3%的硫酸吸收SO3后濃度增大,可用H2O或稀硫酸稀釋,制得各種濃度的。
從吸收塔上部導出的是N2、沒有起反應的O2和少量SO2,如果把它們當作尾氣直接排入大氣,既會造成原料浪費,又會造成環(huán)境污染。因此,應將上述氣體再次通入接觸室,進行第二次氧化,然后再進行一次吸收。這樣經(jīng)過兩次氧化和吸收的氣體,剩余SO2的含量已經(jīng)很少了。最后再將這種尾氣加以凈化回收處理,既可消除SO2對大氣的污染,又可充分利用原料。
資料
熱交換器是化學工業(yè)里廣泛應用的熱交換設備,它有多種形式。在多數(shù)熱交換器內(nèi)部,裝有許多平行的管道或蛇管,以擴大傳熱面,提高熱交換效果。一種流體在管道內(nèi)流動。兩種流體通過管壁進行熱交換,熱的流體得到冷卻,冷的流體得到加熱。