Question

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

壓強(qiáng)/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(shí)，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(shí)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(jì)算每生產(chǎn)1萬(wàn)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(qiáng)一定時(shí)，溫度升高時(shí)，SO2轉(zhuǎn)化率下降，說(shuō)明升溫有利逆反應(yīng)的進(jìn)行，所以正反應(yīng)為放熱反應(yīng)

(2)增大壓強(qiáng)對(duì)提高SO2轉(zhuǎn)化率無(wú)顯著影響，反而會(huì)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(qiáng)下(如在0.1 MPa下)升高溫度(如由400℃升高到500℃)時(shí)SO2的轉(zhuǎn)化率降低(由99.2%降低為93.5%)，即升高溫度時(shí)此化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，而升高溫度化學(xué)平衡應(yīng)該向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)，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(shí)已達(dá)99.2%，若增大壓強(qiáng)到10 MPa，壓強(qiáng)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(qiáng)增大100倍，需要對(duì)設(shè)備的材料、動(dòng)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(dá)平衡的時(shí)間，不能使化學(xué)平衡發(fā)生移動(dòng)，即對(duì)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(huì)增大。

(4)在生產(chǎn)實(shí)際中是采用98.3%的濃硫酸作吸收劑來(lái)吸收SO3的。因?yàn)槿粲盟�進(jìn)行吸收會(huì)形成酸霧，將影響SO3的吸收速率和效率。

(5)1萬(wàn)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。