Question

【化学―选修2：化学与技术】以硫铁矿（主要成分为FeS₂）为原料制取硫酸，其矿渣可用来炼铁。生产工艺示意图如下：

（1）配平煅烧硫铁矿的反应方程式：______FeS₂+________O₂→_____Fe₂O₃+_____＿SO₂。实际生产中向沸腾炉通入的空气量要大于锻烧硫铁矿所需空气量．其目的是____________________。接触室和热风炉中都装有热交换器，可用反应的余热将通入的气体加热，这样做的好处是_____________________。

（2）生产硫酸时，吸收塔中用98.3%的硫酸吸收而不用水吸收SO₃的原因是______________。用含FeS₂80%的硫铁矿生产硫酸，如果煅烧时有5%的硫损失，SO₂转变成SO₃的转化率为80%，那么生产98%的浓硫酸3吨，则需要这种硫铁矿___________吨。

（3）CO还原Fe₂O₃的冶铁过程中，反应物、生成物和温度之间的关系如图所示．

(图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四条曲线是四个化学反应平衡时的气相组成对温度作图得到的；A、B、C、D四个区域分别是Fe₂O₃、Fe₃O₄、FeO、Fe稳定存在的区域)

①冶炼高炉产生的高炉煤气的主要成分有__________和剩余的CO。

②据图分析，下列说法正确的是________(填字母)。

a．温度低于570 ℃时，Fe₂O₃还原焙烧的产物中不含FeO

b．温度越高，Fe₂O₃还原焙烧得到的固体物质组成中Fe元素的质量分数越高

c．Fe₂O₃还原焙烧过程中及时除去CO₂有利于提高Fe的产率

③800℃时，混合气体中CO₂体积分数为40%时，Fe₂O₃用CO还原焙烧反应的化学方程式为____________。

Answer

（1）4、11、2、8提高FeS2的利用率(或使FeS2充分反应，2分）充分利用反应放出的热量，降低生产成本；

（2）防止产生酸雾，使SO3能够被充分吸收2.96；

（3）①N2、CO2 ②ac ③Fe2O3+CO2FeO+CO2

【解析】

试题分析：(l)FeS2中铁元素由+2价升高到+3价，硫元素由-1价升高到+4价，FeS2共升高11价，O2共降低2×2=4价，根据电子得失守恒可配平得4FeS2+11O22Fe2O3 +8SO2；工业生产中要考虑经济效益，故充分利用原料和充分利用能源都能够降低生产成本。

(2)浓硫酸吸水会放出大量的热，若用水吸收SO3会形成酸雾，降低吸收效率；根据反应前后硫元素守恒思想可列等式进行计算。设需要这种黄铁矿的质量是x，则：

FeS2 2H2S04

120 98×2

x×80%×(1- 5%)×80% 3t×98%

所以120×3t×98%=x×80%×(1—5%)×80%×98×2，解得x=2．96（吨）；

(3)①由CO还原Fe2O3的冶铁过程的反应物、生成物关系图可知，高炉冶铁过程中会有CO、CO2、Fe3O4、FeO、Fe等物质生成，另外通入的空气中的氮气不会参加反应，所以冶炼高炉产生的高炉煤气的主要成分有N2、CO2和剩余的CO。

②a、由图可知，FeO在C区稳定，对应的温度高于570℃，a正确；b、铁元素的质量分数由高到低为：Fe＞FeO＞Fe304＞Fe2O3，对于反应Ⅱ知，升高温度时，C02体积分数减小，即升温平衡逆向移动，FeO转化成Fe3O4，铁元素的质量分数减小，所以含量不仅与温度有关，还与CO气体的比例有关，b错误；c、分离CO2可使四个反应的平衡均正向移动，有利于Fe含量的增加，c正确。答案选ac；

③由图可知，“800℃、CO2体积分数为40%”时，在C区，此时为FeO的稳定区域，故产物为FeO，反应的方程式是Fe2O3+CO2FeO+CO2。

考点：考查工业制硫酸的有关分析、判断与计算