Question

工業(yè)上生產(chǎn)硫酸時，利用催化氧化反應(yīng)將SO2轉(zhuǎn)化為SO3是一個關(guān)鍵步驟。壓強及溫度對SO2轉(zhuǎn)化率的影響如下表(原料氣各成分的體積分數(shù)為：SO2 7%，O2 11%，N2 82%)：

壓強/MPa 轉(zhuǎn)化率/% 溫度/℃	0.1	0.5	1	10
400	99.2	99.6	99.7	99.9
500	93.5	96.9	97.8	99.3
600	73.7	85.8	89.5	96.4

 

(1)已知SO2的氧化是放熱反應(yīng)，如何利用表中數(shù)據(jù)推斷此結(jié)論？________________________________________________________。

(2)在400～500℃時，SO2的催化氧化采用常壓而不是高壓，主要原因是：__________________________________________。

(3)選擇適宜的催化劑，是否可以提高SO2的轉(zhuǎn)化率？________(填“是”或“否”)，是否可以增大該反應(yīng)放出的熱量？________(填“是”或“否”)。

(4)為提高SO3吸收率，實際生產(chǎn)中用________吸收SO2。

(5)已知：2SO2(g)＋O2(g)=2SO3(g) ΔH＝－196.9 kJ·mol－1，計算每生產(chǎn)1萬噸98%的硫酸所需要的SO3質(zhì)量和由SO2生產(chǎn)這些SO3所放出的熱量。

 

Answer 1

(1)壓強一定時，溫度升高時，SO2轉(zhuǎn)化率下降，說明升溫有利逆反應(yīng)的進行，所以正反應(yīng)為放熱反應(yīng)

(2)增大壓強對提高SO2轉(zhuǎn)化率無顯著影響，反而會增加成本

(3)否 否

(4)濃硫酸

(5)8.0×103 t 9.845×109 kJ

【解析】(1)根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)可以看出，在相同壓強下(如在0.1 MPa下)升高溫度(如由400℃升高到500℃)時SO2的轉(zhuǎn)化率降低(由99.2%降低為93.5%)，即升高溫度時此化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動，而升高溫度化學(xué)平衡應(yīng)該向吸熱反應(yīng)方向移動，所以此反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。

(2)根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)可以得知：在0.1MPa下SO2的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，如在400℃時已達99.2%，若增大壓強到10 MPa，壓強增大了100倍但是SO2的轉(zhuǎn)化率增大為99.9%，只增大了0.7%，變化不大。而壓強增大100倍，需要對設(shè)備的材料、動力、能源等都做相應(yīng)地提高，增大成本投入。

(3)使用催化劑只能改變化學(xué)反應(yīng)的速率，改變反應(yīng)到達平衡的時間，不能使化學(xué)平衡發(fā)生移動，即對SO2的轉(zhuǎn)化率不產(chǎn)生影響；而在一定條件下，化學(xué)反應(yīng)放出的熱量與參加反應(yīng)的反應(yīng)物的量成正比，因SO2的轉(zhuǎn)化率不變，所以反應(yīng)放出的熱量也不會增大。

(4)在生產(chǎn)實際中是采用98.3%的濃硫酸作吸收劑來吸收SO3的。因為若用水進行吸收會形成酸霧，將影響SO3的吸收速率和效率。

(5)1萬噸98%的硫酸含H2SO4的質(zhì)量：9.8×109 g。

設(shè)需要SO3的質(zhì)量為x，該反應(yīng)產(chǎn)生的熱量為y。

H2SO4 ～ SO3 ～ 放出的熱量

98 g 80 g 196.9 kJ×

9．8×109 g x y

則＝＝，

解得x＝8.0×103 t，y＝9.845×109 kJ。