Question

硫酸工業(yè)中通常將尾氣轉化為硫酸銨，既能防止對大氣的污染，又能充分利用原料．請回答下列問題：
（1）硫酸工業(yè)尾氣中SO₂、O₂的體積分數分別為0.4%和0.5%．向硫酸工業(yè)尾氣中通入空氣（設空氣中O₂的體積分數為20.5%，且不含SO₂），使SO₂的體積分數由0.4%降為0.2%．
①通入的空氣與原硫酸工業(yè)尾氣的體積比為______．
②通入空氣后的混合氣體中O₂的體積分數為______．
（2）在400℃時，將經上述通入空氣后的硫酸工業(yè)尾氣以5×10³L/h的速率通過V₂O₅催化劑層后，再與NH₃混合，同時緩慢噴入冷水，此時氣體溫度迅速由約400℃下降為200℃，在熱的結晶裝置中得到（NH₄）₂SO₄晶體．
①生產中，NH₃的通過速率約為______L/h時，原子利用率最高（設SO₂的轉化率為100%）．
②某硫酸廠每天排放出的尾氣折算成標準狀況下的體積為5×10⁵m³．按上述方法該廠每月（以30天計）最多能獲得多少噸硫酸銨？

Answer 1

解：（1）①SO₂的體積分數由0.4%降為0.2%因為二氧化硫體積不變，所以總體積必須變?yōu)樵瓉淼?倍，即空氣與尾氣的體積比為1：1；故答案為：1：1；
②設通入空氣體積與硫酸工業(yè)廢氣體積都為100L則含氧氣的體積為：100L×0.5%+100L×20.5%=21L，則混合后氧氣體積分數為：=10.5% 故答案為：10.5%；
（2）①由通入空氣后的硫酸工業(yè)尾氣以5×10³L/h的速率通過V₂O₅催化劑，可知通過二氧化硫的體積是5×10³L/h×0.2%=10L/h；由2SO₂+O₂2SO₃； SO₃+H₂O+2NH₃=（NH₄）₂SO₄可推出二氧化硫與氨氣的分子個數比為1：2，所以體積比也是1：2，所以氨氣的速率為20L/h；故答案為：20；
②由方程式可知二氧化硫與硫酸銨的分子個數比為1：1，所以
SO₂----------------------------（NH₄）₂SO₄
22.4×10^-3m3 132×10^-6噸
30×5×10⁵ m3×0.4%（正常排氣未稀釋） x
x≈353.57噸
即該廠每月能生產353.57噸硫酸銨．
分析：（1）①0.4%降為0.2%根據二氧化硫體積不變，所以總體積必須變?yōu)樵瓉淼?倍進行分析；
②設通入空氣體積與硫酸工業(yè)廢氣體積都為100L進行計算；
（2）①根據兩個方程式推出而二氧化硫與氨氣的體積比，再根據二氧化硫的體積計算出氨氣的體積；
②根據二氧化硫的體積分數計算出二氧化硫的體積，再計算出二氧化硫的質量，再計算出硫酸銨的質量．
點評：本題考查了工業(yè)制硫酸的尾氣處理，解答本題容易出錯的地方是通入空氣后的混合氣體中O₂的體積分數的計算，要設出原來尾氣和空氣的體積，再進行計算．