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3-18 硫酸、硝酸工业制备
1．工业上利用黄铁矿(FeS2)制取硫酸
（1）涉及反应
①FeS2＋O2
Fe2O3＋SO2
②SO2＋O2
SO3
③SO3＋H2O=H2SO4
（2）问题探讨
①煅烧黄铁矿要在沸腾炉中进行，其中矿石要粉碎，从炉底鼓入空气，炉中的粉末状固体就像沸腾的
液体一样，煅烧时为什么要将矿石粉碎成粉末状？
提示：增大矿石和氧气的接触面积，提高燃烧效率。
②在接触室中通入过量的氧气，能否将SO2全部转化成SO3?
提示：不能；原因是SO2催化氧化成SO3的反应是可逆反应。
③依据化学反应速率和化学平衡原理，增大压强对SO2催化氧化成SO3的反应是十分有利的，而工业生
产上为什么不采用高压而采用常压下进行反应？
提示：常压下，SO2催化氧化成SO3的转化率已经很高，增大压强，即增加了设备的投资，得不偿失。
④吸收塔中发生的是SO3与水的反应，为什么吸收SO3气体时用98%的浓硫酸而不用水吸收？
提示：用水吸收SO3易形成硫酸的酸雾，影响吸收效率。
⑤硫酸工厂的尾气中含有大量的SO2，写出用氨水吸收SO2的化学方程式。
提示：SO2＋NH3·H2O=NH4HSO3，2NH3·H2O＋SO2=(NH4)2SO3＋H2O。
2．工业制硝酸
（1）涉及反应
①NH3＋O2
NO＋H2O
②NO＋O2=NO2
③NO2＋H2O=HNO3＋NO
（2）问题探讨
①步骤③吸收塔中为什么NO2被水吸收过程中要补充一定量的空气？
提示：因NO2与水反应生成HNO3时只有的NO2转化成HNO3，通入空气的目的是使NO2与O2作用完
全转化成HNO3，方程式为4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3。
②工业制硝酸时，能否将工业尾气直接排入大气中？
工业尾气中有害气体的主要成分是什么？
提示：不能；NO 和NO2。
③已知：
①NO＋NO2＋2NaOH=2NaNO2＋H2O
②2NO2＋2NaOH=NaNO2＋NaNO3＋H2O
硝酸工厂的尾气可用NOx(NO 与NO2的混合气体)表示，用NaOH 溶液可吸收尾气，为使NOx 完全被
NaOH 溶液吸收x 的取值范围是什么？如何操作才能保证NOx 完全被NaOH 溶液吸收？
提示：1.5≤x＜2；通入一定量的空气(或O2)后，再被NaOH 溶液吸收。
【典例1】
【审题要点】
1．（25-26 高一上·湖北武汉·期末）硫酸和硝酸均是重要的化
工原料，回答下列问题：
（1）工业上可以用黄铜矿(主要成分是
，还含有少量
)制取硫酸。
硫酸部分：以黄铜矿（CuFeS₂，含少量
SiO₂）为原料制硫酸，涉及粉碎、煅
烧、吸收等步骤。
硝酸部分：以氨为原料制硝酸，流程为
氨催化氧化 → NO 氧化 → NO₂ 吸
收。
计算部分：含 Cu 和 Cu₂O 的混合物与
稀硝酸反应，求转移电子数。
①将黄铜矿“粉碎处理”的目的是___________。
②实验室里完成“煅烧”时需要的陶瓷仪器有___________(填
名称)。
③“吸收”时，选用___________作为吸收剂。
（2）硝酸是重要的化工原料，工业上以氨为原料制硝酸，反应
流程如下图所示：
上述流程中，需要使用催化剂的反应是___________(填
“Ⅰ”、“Ⅱ”或“Ⅲ”)，
状态下，
与足量水反应，转移电子数为___________
。
（3）向含有
和
的混合物中滴加
的稀硝酸溶液至
时，固体恰好完全溶解，得到标准
状况下
气体(纯净物)。反应过程中转移电子的物质的
量是___________
___________。
问题类型：操作目的、仪器选择、吸收
剂选择、催化剂判断、电子转移数计
算。
【思路分析】
粉碎目的：增大固体与气体的接触面
积，加快反应速率，使反应更充分。
煅烧仪器：实验室高温煅烧固体常用坩
埚、泥三角。
SO₃ 吸收：工业上用 98.3% 浓硫酸吸
收 SO₃，避免用水形成酸雾，提高吸收
效率。
氨催化氧化：反应 I（4NH₃ + 5O₂ →
4NO + 6H₂O）需催化剂（铂铑合金），
是氧化还原反应。
NO₂ 与水反应：3NO₂ + H₂O → 2HNO₃
+ NO，转移电子数计算：3 mol NO₂ 参
与反应，转移 2 mol 电子（歧化反
应）。
Cu 与 Cu₂O 与硝酸反应：利用得失电
子守恒，生成 NO 的物质的量对应转
移电子数；通过总失电子数求 Cu₂O 的
量。
【典例2】
【审题要点】
2．（24-25 高一上·福建三明·期末）黄铁矿(主要成分
)是自
然界分布较广的一种硫化物矿物。工业上以黄铁矿为原料
生产硫酸，并以制硫酸产生的尾气(
)为原料制备焦亚硫
酸钠
的流程如图所示。
（1）反应①中被氧化的元素是______(写元素符号)。
（2）设计实验检验“炉渣”中的铁元素为＋3 价______。
（3）“制硫酸”时，如果大量尾气直接排放，引起的环境问题
原料：黄铁矿（FeS₂）煅烧得 SO₂ 和
炉渣（Fe₂O₃）。
流程：煅烧 → 制硫酸 → 尾气 SO₂
用 NaOH 吸收得 NaHSO₃ → 加热得
Na₂S₂O₅。
验证实验：用“W”形玻璃管验证 SO₂
性质。
滴定计算：用碘标准液测定葡萄酒中
Na₂S₂O₅ 含量。
问题类型：元素被氧化判断、Fe³⁺ 检
验、SO₂ 污染、化学方程式、SO₂ 性质
主要为______(写一种)。
（4）反应②的化学方程式为______。
（5）实验小组用“W”形玻璃管(如图)验证
的性质，①
④
处的试剂分别为
固体、品红溶液、酸性
溶
液、滴有酚酞的
溶液。下列说法正确的是______(填
标号)。
A．①处出现气泡，体现
的氧化性
B．②处溶液褪色，用酒精灯加热后红色复原
C．③处、④处溶液褪色，且褪色原理相同
D．①处试剂换成碳粉也可以达到实验目的
（6）
可用作葡萄酒的抗氧化剂。为测定某葡萄酒中
的含量，取
葡萄酒样品与
碘标准液反应，消耗
标准液（假
设葡萄酒中其他成分不与
反应），则样品中
的
含量为______
。(已知：
)
实验、滴定计算。
【思路分析】
FeS₂ 煅烧：4FeS₂ + 11O₂ → 2Fe₂O₃ +
8SO₂，Fe 和 S 均被氧化。
Fe³⁺ 检验：用 KSCN 溶液，变红证明
Fe³⁺ 存在。
SO₂ 环境问题：形成酸雨。
SO₂ 与 NaOH 反应：SO₂ + NaOH →
NaHSO₃，2NaHSO₃ → Na₂S₂O₅ + H₂O。
SO₂ 性质实验：
与品红：漂白性，加热恢复红
色。
与酸性 KMnO₄：还原性，褪色。
与酚酞 NaOH：酸性氧化物，使
碱性褪色。
70% 浓硫酸与 Na₂SO₃ 反应体现
强酸性，非氧化性。
滴定关系：Na₂S₂O₅ 与 I₂ 反应：S₂O₅²⁻
+ 2I₂ + 3H₂O → 2SO₄²⁻ + 4I⁻ + 6H⁺，1
mol Na₂S₂O₅ 消耗 2 mol I₂，计算含
量。
1．（25-26 高一上·安徽·期末）自然界中的氮元素以氮气、氮氧化物、硝酸和盐等形式存在，人类对氮元
素的利用，就是实现氮元素在不同物质之间的转化。
（1）下列有关物质的性质与用途具有对应关系的是 (填字母)。
A．NH3易溶于水，可用作制冷剂
B．HNO3具有强氧化性，可用于制NH4NO3
C．NH4HCO3受热易分解，可用作化肥
D．N2性质稳定，可用作食品保护气
（2）自然界中高能固氮的化学方程式为___。
（3）氮肥是水体中铵态氮(
)的主要来源之一。实验室中检验
可以用浓的____(填试剂名称)，现象
为产生有刺激性气味的气体。铵态氮与亚硝态氮(
)可以在氨氧化细菌的作用下转化为氮气，该反
应中，当产生0.02 mol 氮气时，转移电子的物质的量为____。
（4）NOx(氮氧化物)是大气污染物，主要包括NO、NO2。处理NOx对环境保护具有重要的意义。
①汽车排气管上装有催化转化器，可减少尾气对环境的污染，有害气体CO 和NO 反应可转化为无害气
体，该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为___。
②工业生产中利用氨水吸收少量SO2和NO2，原理如图。NO2被吸收过程的离子方程式是___。
（5）HNO3是极其重要的化工原料，在工业、农业、医药、军事等领域有着广泛的应用，现代工业上常用
氨催化氧化制硝酸，相关流程示意图如下：
①写出“氧化炉”中氨催化氧化的化学方程式：___。
②工业上常用碱液来吸收NOx，有关的化学方程式为
；
。一定条件下0.2 mol NO2和0.1 mol NO 的混合气体恰好被
200 mL NaOH 溶液完全吸收，则NaOH 溶液的物质的量浓度为___。
2．（24-25 高一下·黑龙江佳木斯·阶段练习）氮是生物体的重要组成元素，也是维持高等动植物生命活动
的必需元素。研究氮的循环和转化对生产和生活有重要的价值。
Ⅰ．硝酸铵是一种常用的化肥，其工业生产流程如下图。请回答下列问题。
（1）吸收塔C 中通入空气的目的是___________；C、D 两个反应容器中发生的反应，属于氧化还原反应
的是___________(填反应容器代号)。
（2）写出反应容器A 中的化学方程式：___________，反应容器B 中的化学方程式：___________。
Ⅱ．工业制硝酸时尾气中含有NO、NO2，可用以下方法吸收：
（3）水吸收法。用水吸收NO2的缺陷是___________(用化学方程式和必要的文字说明)
（4）NaOH 溶液吸收法。
①发生的主要反应可能有：2NaOH+NO+NO2=2NaNO2+H2O，___________(填化学方程式)。
②用不同浓度的NaOH 溶液吸收NO2含量不同的尾气(α 表示尾气中NO2的体积百分含量)，测得氮氧化物吸
收率与NaOH 溶液浓度的关系如图所示。依据测得的关系图，下列说法正确的是___________(填序
号)。
A．NaOH 溶液浓度越大，氮氧化物的吸收率越大
B．NaOH 浓度为1.25mol/L，二氧化氮百分含量为50%时，此时氮氧化物吸收率最高
C．NO2含量越小，氮氧化物的吸收率越大
D．NO2含量越大，氮氧化物的吸收率越大
3．（24-25 高一下·广东惠州·期中）Ⅰ、硝酸是一种重要的化工原料，其生产工艺有多种。请回答：
（1）干馏法是最早记录的制备硝酸方法，将硝酸钾受热分解后的气体用水吸收可获得硝酸：
、_____(填化学方程式)。
（2）工业上曾使用浓硫酸和硝石制硝酸：
，该反应体现了硫
酸的_____(填浓硫酸的相关性质)。
（3）氨氮氧化法已广泛应用于工业化生产，工艺流程如下图。
下列说法正确的是 (选填序号)。
A．合成塔中，
和6molH2充分反应可获得4molNH3，转移电子数为12NA
B．氨分离器中，将混合气体冷凝使氨液化，N2和H2经压缩后送回合成塔
C．氧化炉和吸收塔中，实现了气体A 的循环使用
D．尾气处理装置中，可用
碱性溶液吸收或用NH₃ 还原
Ⅱ、硝酸工厂会排放大量氨氮废水，短程硝化-厌氧氨氧化工艺的目的是将氨氮
废水中的氮元素转变
为N2脱除，其机理如下：
N2
资料：①该工艺处理后排出的废水中会有一定量
②废水溶解氧浓度(DO)对于氮的脱除率的影响如图所示：
（4）该工艺中被氧化的微粒是__________。
（5）参与(Ⅰ)中反应的
________。
（6）当DO>2mg/L 时， 氮的脱除率为0，其原因可能是：①厌氧氨氧化菌被抑制，Ⅱ中反应无法发生；
②__________。
Ⅲ、同学们为探究浓硝酸的强氧化性，将浓硝酸与铜反应，发现铜与浓硝酸反应后所得的溶液呈绿色，推
测其原因可能是①硝酸铜的浓度太高；②生成的NO2溶解在硝酸铜溶液中。
（7）同学们设计下列实验方案证明其原因，这些方案中可行的是 (填字母)。
A．加水稀释该绿色溶液，观察颜色变化
B．加热该绿色溶液，观察颜色变化
C．向该绿色溶液中通入空气，观察颜色变化
D．向硝酸铜溶液中通入NO2气体，观察颜色变化
