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四、计算题(共12分)
17. (2025·南京期中)空气是人类宝贵的资源。工业上以黄铁矿为原料利用空气中的氧气生产硫酸的主要流程如图所示。
(1)上述流程所涉及的含硫物质中,硫元素化合价为+6的是
(2)接触室内温度为$400$~$500\ \mathrm{° C}$时,$\ce{SO_{2}}$在催化剂作用下转化为$\ce{SO_{3}}$,该反应的化学方程式为
(3)吸收塔内发生反应的化学方程式为
(4)在反应室内发生的主要化学反应为$\ce{4FeS_{2} + 11O_{2}\xlongequal{高温}2Fe_{2}O_{3} + 8SO_{2}}$。现有含$120\ \mathrm{t}\ \ce{FeS_{2}}$的黄铁矿在反应室中完全反应,理论上最多能得到二氧化硫的质量是多少?(写出计算过程)
学霸 094
17. (2025·南京期中)空气是人类宝贵的资源。工业上以黄铁矿为原料利用空气中的氧气生产硫酸的主要流程如图所示。
(1)上述流程所涉及的含硫物质中,硫元素化合价为+6的是
$\ce{SO_{3}}$、$\ce{H_{2}SO_{4}}$
(填化学式)。(2)接触室内温度为$400$~$500\ \mathrm{° C}$时,$\ce{SO_{2}}$在催化剂作用下转化为$\ce{SO_{3}}$,该反应的化学方程式为
$\ce{2SO_{2} + O_{2}\xlongequal[400~500℃]{催化剂}2SO_{3}}$
。(3)吸收塔内发生反应的化学方程式为
$\ce{SO_{3} + H_{2}O = H_{2}SO_{4}}$
。(已知反应物与生成物的化学计量数之比为$1:1:1$)(4)在反应室内发生的主要化学反应为$\ce{4FeS_{2} + 11O_{2}\xlongequal{高温}2Fe_{2}O_{3} + 8SO_{2}}$。现有含$120\ \mathrm{t}\ \ce{FeS_{2}}$的黄铁矿在反应室中完全反应,理论上最多能得到二氧化硫的质量是多少?(写出计算过程)
学霸 094
答案
(1)$\ce{SO_{3}}$、$\ce{H_{2}SO_{4}}$ (2)$\ce{2SO_{2} + O_{2}\xlongequal[400~500℃]{催化剂}2SO_{3}}$ (3)$\ce{SO_{3} + H_{2}O = H_{2}SO_{4}}$
(4)解:设得到二氧化硫的质量为x,则
$\ce{4FeS_{2} + 11O_{2}\xlongequal{高温}2Fe_{2}O_{3} + 8SO_{2}}$
480 512
120 t x
$\frac{480}{512}=\frac{120\ \mathrm{t}}{x}$ 解得x=128 t
答:理论上最多能得到二氧化硫的质量是128 t。
解析:(1)$\ce{FeS_{2}}$中硫元素是-1价,$\ce{SO_{2}}$中硫元素为+4价,$\ce{SO_{3}}$中硫元素是+6价,$\ce{H_{2}SO_{4}}$中硫元素是+6价。(2)$\ce{SO_{2}}$在400~500 ℃时在催化剂作用下转化为$\ce{SO_{3}}$。(3)根据反应前后原子的种类和个数不变,则吸收塔中三氧化硫和水反应生成硫酸。
(4)解:设得到二氧化硫的质量为x,则
$\ce{4FeS_{2} + 11O_{2}\xlongequal{高温}2Fe_{2}O_{3} + 8SO_{2}}$
480 512
120 t x
$\frac{480}{512}=\frac{120\ \mathrm{t}}{x}$ 解得x=128 t
答:理论上最多能得到二氧化硫的质量是128 t。
解析:(1)$\ce{FeS_{2}}$中硫元素是-1价,$\ce{SO_{2}}$中硫元素为+4价,$\ce{SO_{3}}$中硫元素是+6价,$\ce{H_{2}SO_{4}}$中硫元素是+6价。(2)$\ce{SO_{2}}$在400~500 ℃时在催化剂作用下转化为$\ce{SO_{3}}$。(3)根据反应前后原子的种类和个数不变,则吸收塔中三氧化硫和水反应生成硫酸。
解析
【分析】
本题围绕工业制硫酸的流程设置问题，需结合化合价规则判断硫元素化合价，掌握接触室、吸收塔的反应原理，以及根据化学方程式进行计算的方法。具体思路：(1)根据化合物中正负化合价代数和为0，计算各含硫物质中S的化合价，找出+6价的；(2)明确接触室中SO₂转化为SO₃的反应物、生成物及反应条件，书写配平化学方程式；(3)根据吸收塔的反应特点（计量数1:1:1），结合原子守恒确定反应；(4)利用反应中FeS₂与SO₂的质量关系，通过化学方程式计算生成SO₂的质量。
【解析】
(1) 计算各含硫物质中S的化合价：FeS₂中Fe为+2价，设S化合价为a，则(+2)+2a=0，得a=-1；SO₂中O为-2价，设S为b，b+2×(-2)=0，得b=+4；SO₃中O为-2价，设S为c，c+3×(-2)=0，得c=+6；H₂SO₄中H为+1，O为-2，设S为d，2×(+1)+d+4×(-2)=0，得d=+6，故答案为SO₃、H₂SO₄。
(2) 接触室内，SO₂在催化剂、400~500℃条件下与O₂反应生成SO₃，配平后化学方程式为：$\ce{2SO_{2} + O_{2}\xlongequal[400~500℃]{催化剂}2SO_{3}}$。
(3) 吸收塔中，SO₃与水反应生成硫酸，反应物与生成物化学计量数之比为1:1:1，反应为：$\ce{SO_{3} + H_{2}O = H_{2}SO_{4}}$。
(4) 设理论上生成SO₂的质量为x，反应式为$\ce{4FeS_{2} + 11O_{2}\xlongequal{高温}2Fe_{2}O_{3} + 8SO_{2}}$，FeS₂的相对分子质量总和为4×(56+32×2)=480，SO₂的相对分子质量总和为8×(32+16×2)=512，代入数据得：$\frac{480}{512}=\frac{120\ \mathrm{t}}{x}$，解得x=128 t。
【答案】
(1)$\ce{SO_{3}}$、$\ce{H_{2}SO_{4}}$；(2)$\ce{2SO_{2} + O_{2}\xlongequal[400~500℃]{催化剂}2SO_{3}}$；(3)$\ce{SO_{3} + H_{2}O = H_{2}SO_{4}}$；(4)128 t
【知识点】
化合价计算、化学方程式书写、根据化学方程式计算
【点评】
本题以工业制硫酸流程为载体，综合考查化合价判断、化学方程式书写及化学计算，是化学基础题型，需熟练掌握化合价规则、化工反应原理和计算步骤。
【难度系数】
0.6
本题围绕工业制硫酸的流程设置问题，需结合化合价规则判断硫元素化合价，掌握接触室、吸收塔的反应原理，以及根据化学方程式进行计算的方法。具体思路：(1)根据化合物中正负化合价代数和为0，计算各含硫物质中S的化合价，找出+6价的；(2)明确接触室中SO₂转化为SO₃的反应物、生成物及反应条件，书写配平化学方程式；(3)根据吸收塔的反应特点（计量数1:1:1），结合原子守恒确定反应；(4)利用反应中FeS₂与SO₂的质量关系，通过化学方程式计算生成SO₂的质量。
【解析】
(1) 计算各含硫物质中S的化合价：FeS₂中Fe为+2价，设S化合价为a，则(+2)+2a=0，得a=-1；SO₂中O为-2价，设S为b，b+2×(-2)=0，得b=+4；SO₃中O为-2价，设S为c，c+3×(-2)=0，得c=+6；H₂SO₄中H为+1，O为-2，设S为d，2×(+1)+d+4×(-2)=0，得d=+6，故答案为SO₃、H₂SO₄。
(2) 接触室内，SO₂在催化剂、400~500℃条件下与O₂反应生成SO₃，配平后化学方程式为：$\ce{2SO_{2} + O_{2}\xlongequal[400~500℃]{催化剂}2SO_{3}}$。
(3) 吸收塔中，SO₃与水反应生成硫酸，反应物与生成物化学计量数之比为1:1:1，反应为：$\ce{SO_{3} + H_{2}O = H_{2}SO_{4}}$。
(4) 设理论上生成SO₂的质量为x，反应式为$\ce{4FeS_{2} + 11O_{2}\xlongequal{高温}2Fe_{2}O_{3} + 8SO_{2}}$，FeS₂的相对分子质量总和为4×(56+32×2)=480，SO₂的相对分子质量总和为8×(32+16×2)=512，代入数据得：$\frac{480}{512}=\frac{120\ \mathrm{t}}{x}$，解得x=128 t。
【答案】
(1)$\ce{SO_{3}}$、$\ce{H_{2}SO_{4}}$；(2)$\ce{2SO_{2} + O_{2}\xlongequal[400~500℃]{催化剂}2SO_{3}}$；(3)$\ce{SO_{3} + H_{2}O = H_{2}SO_{4}}$；(4)128 t
【知识点】
化合价计算、化学方程式书写、根据化学方程式计算
【点评】
本题以工业制硫酸流程为载体，综合考查化合价判断、化学方程式书写及化学计算，是化学基础题型，需熟练掌握化合价规则、化工反应原理和计算步骤。
【难度系数】
0.6
