Question

在合成硫酸的生產(chǎn)中，采用了“接觸法制硫酸”，反應(yīng)過程中使SO₂與O₂在V₂O₅催化劑表面進(jìn)行接觸而轉(zhuǎn)化為SO₃。即2SO₂+O₂2S0₃；ΔH＜0，已知在常壓下反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)SO₃（此時(shí)為氣態(tài)）的體積分?jǐn)?shù)為91％。試分析簡(jiǎn)答以下問題：

    (1)在生產(chǎn)中，實(shí)際上使用過量的空氣，其目的是___________________。

    (2)該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，但實(shí)際生產(chǎn)時(shí)須加熱至500 ℃左右，其理由_________。

    (3)實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)采用常壓還是高壓?__________________，其理由是________________。

Answer 1

解析：本題需遷移所學(xué)勒夏特列原理綜合考慮，合理選擇SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃的適宜條件。

    本題可以從以下幾點(diǎn)進(jìn)行分析：

    (1)當(dāng)增大某一反應(yīng)物濃度時(shí)，會(huì)導(dǎo)致化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，從而提高另一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率；

    (2)工業(yè)生產(chǎn)或化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，常常需要加熱，對(duì)放熱反應(yīng)也不例外，這個(gè)問題應(yīng)從溫度與反應(yīng)速率的關(guān)系，以及催化劑的活性溫度兩個(gè)方面去綜合考慮；

    (3)壓強(qiáng)應(yīng)從生產(chǎn)的實(shí)際需要，對(duì)平衡移動(dòng)的影響，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，以及生產(chǎn)設(shè)備承壓能力、動(dòng)力系統(tǒng)的要求等多方面去綜合考慮。

答案：(1)因?yàn)榉磻?yīng)為2SO₂+O₂2SO₃，所以增大O₂的濃度，導(dǎo)致平衡正向移動(dòng)，使成本較高的原料氣SO₂得到充分利用，提高了SO₂的轉(zhuǎn)化率

    (2)因?yàn)榉磻?yīng)為2SO₂+O₂2SO₃；ΔH＜0，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，雖然低溫有利于反應(yīng)正向進(jìn)行，但反應(yīng)速率太慢。因而從提高反應(yīng)速率的要求應(yīng)使反應(yīng)在加熱的條件下進(jìn)行，同時(shí)V₂O₅催化劑的活性溫度為500 ℃左右。在500 ℃?左右既可以加快反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡所需要的時(shí)間，又可以使催化劑得以發(fā)揮最大作用

    (3)常壓  因?yàn)棣?SO₃)=91％，所以選擇常壓生產(chǎn)即有較大的轉(zhuǎn)化率了，不必要采用高壓，高壓對(duì)生產(chǎn)設(shè)備、動(dòng)力系統(tǒng)、生產(chǎn)安全等方面要求高、難度大，成本高，因而不適宜