Question

9．某工廠廢氣中含有SO₂，可將SO₂轉(zhuǎn)化為（NH₄）₂SO₄而除去．其過(guò)程為：將廢氣經(jīng)初步處理，使其中O₂的體積分?jǐn)?shù)為10%（這時(shí)SO₂的體積分?jǐn)?shù)為0.3%），并在400℃時(shí)以3m3•h^-1的速率通過(guò)V₂O₅觸媒層，然后與流量為25L•h^-1 的NH₃混合，再噴入流量為290g•h^-1的冷水，此時(shí)氣體溫度迅速?gòu)?00℃下 降至200℃，在結(jié)晶裝置中得到（NH₄）₂SO₄晶體．據(jù)此回答下列問(wèn)題：
（1）廢氣經(jīng)初步處理后控制SO₂與O₂的物質(zhì)的量之比的理論依據(jù)是增加氧氣的濃度，提高二氧化硫轉(zhuǎn)化率，有利于平衡向生成三氧化硫的方向移動(dòng)．
（2）進(jìn)行冷卻的原因是（NH₄）₂S0₄在溫度高時(shí)會(huì)分解并且有利于（NH₄）₂S0₄的生成．
（3）合成氨時(shí)，原料N₂不能用空氣代替，而必須用純N₂，主要原因是在高溫下，空氣中的氧氣與氫氣混合會(huì)爆炸．
（4）有資料報(bào)道最近研制出一種性能優(yōu)越的催化劑，可以將SO₂全部催化氧化為SO₃（2SO₂+O₂$\frac{催化}{\;}$2SO₃）”．這種資料報(bào)道可信嗎？不可信（填“可信”或“不可信'，其理由是二氧化硫與氧氣的反應(yīng)是可逆反應(yīng)，使用催化劑只能改變反應(yīng)速率，不能使平衡移動(dòng)，更不能全部轉(zhuǎn)化．
（5）如果將SO₂全部轉(zhuǎn)化為SO₃，SO₃又全部轉(zhuǎn)化成（NH₄）₂SO₄，則按題給數(shù)據(jù)計(jì)算，NH₃的每小時(shí)通入量至少應(yīng)是L，由此可得出NH₃的利用率為72%．
（6）酸雨的危害很大，從源頭上減少酸雨產(chǎn)生的途徑，可采取的措施是BC（填序號(hào)）．
A．植樹(shù)造林       B．開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能
C．少用煤作燃料  D．把工廠的煙囪造高．

Answer 1

分析 （1）過(guò)量的O₂可以提高SO₂的轉(zhuǎn)化率，采用這樣比值增大O₂的濃度，提高了SO₂的轉(zhuǎn)化率；
（2）依據(jù)銨鹽的不穩(wěn)定性，結(jié)合題意：有利于（NH₄）₂S0₄的生成；
（3）空氣中氧氣與氫氣混合高溫反應(yīng)會(huì)發(fā)生爆炸；
（4）SO₂催化氧化為SO₃，是可逆反應(yīng)，不能完全反應(yīng)，催化劑只能改變反應(yīng)速率，不能改變化學(xué)平衡；
（5）根據(jù)二氧化硫與氨氣反應(yīng)的關(guān)系，可以求得所需的氨氣的量，再求得利用率；
（6）減小酸雨就是減小二氧化硫的排放，也就要減少含硫的燃料的使用，所以要開(kāi)發(fā)潔凈的能源，據(jù)此答題．

解答 解：（1）過(guò)量的O₂可以提高SO₂的轉(zhuǎn)化率，采用這樣比值增大O₂的濃度，提高了SO₂的轉(zhuǎn)化率，有利于平衡向生成三氧化硫的方向移動(dòng)；
故答案為：增加氧氣的濃度，提高二氧化硫轉(zhuǎn)化率，有利于平衡向生成三氧化硫的方向移動(dòng)；
（2）依據(jù)題意可知，低溫有利于生成硫酸銨，且硫酸銨為銨鹽，具有不穩(wěn)定性，受熱易分解；
故答案為：（NH₄）₂S0₄在溫度高時(shí)會(huì)分解并且有利于（NH₄）₂S0₄的生成；
（3）合成氨時(shí)，原料N₂不能用空氣代替，主要原因是在高溫下，空氣中的氧氣與氫氣混合會(huì)爆炸；
故答案為：在高溫下，空氣中的氧氣與氫氣混合會(huì)爆炸；
（4）催化劑縮短到達(dá)平衡時(shí)間，不影響平衡移動(dòng)，所以二氧化硫的轉(zhuǎn)化率不變，性能優(yōu)越的催化劑，不可能將SO₂全部催化氧化為SO₃，
故答案為：不可信；二氧化硫與氧氣的反應(yīng)是可逆反應(yīng)，使用催化劑只能改變反應(yīng)速率，不能使平衡移動(dòng)，更不能全部轉(zhuǎn)化；
（5）此題涉及的反應(yīng)有：2SO₂+O₂?2SO₃…①，2NH₃+SO₃+H₂O=（NH₄）₂SO₄…②，①、②兩式聯(lián)立，可得SO₂～SO₃～2NH₃～（NH₄）₂SO₄可知廢氣中SO₂與NH₃按1：2通入，而廢氣3m³/h的速率通過(guò)V₂O₅觸媒層，含有的二氧化硫的體積為3×0.3%m³=9L/h，所以每小時(shí)需要氨氣的體積為18L，故氨氣的利用率為$\frac{18}{25}$×100%=72%，
故答案為：18；72%；
（6）減小酸雨就是減小二氧化硫的排放，也就要減少含硫的燃料的使用，所以要開(kāi)發(fā)潔凈的能源，太陽(yáng)能就是其中之一，故選BC．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了工業(yè)制（NH₄）₂SO₄的基本原理，側(cè)重考查了化學(xué)平衡的影響因素，注意工業(yè)制備選擇條件的分析方法，題目難度中等．