问题 填空题

工业上生产硫酸时,利用催化氧化反应将SO2转化为SO3是一个关键步骤。压强及温度对SO2转化率的影响如下表(原料气各成分的体积分数为:SO2 7%,O2 11%,N2 82%):

     压强/MPa

转化率/%

温度/℃     

0.10.5110
40099.299.699.799.9
50093.596.997.899.3
60073.785.889.596.4
 

(1)已知SO2的氧化是放热反应,如何利用表中数据推断此结论?________________________________________________________。

(2)在400~500℃时,SO2的催化氧化采用常压而不是高压,主要原因是:__________________________________________。

(3)选择适宜的催化剂,是否可以提高SO2的转化率?________(填“是”或“否”),是否可以增大该反应放出的热量?________(填“是”或“否”)。

(4)为提高SO3吸收率,实际生产中用________吸收SO2

(5)已知:2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g) ΔH=-196.9 kJ·mol-1,计算每生产1万吨98%的硫酸所需要的SO3质量和由SO2生产这些SO3所放出的热量。

答案

(1)压强一定时,温度升高时,SO2转化率下降,说明升温有利逆反应的进行,所以正反应为放热反应

(2)增大压强对提高SO2转化率无显著影响,反而会增加成本

(3)否     否

(4)浓硫酸

(5)8.0×103 t 9.845×109 kJ

(1)根据表格中的数据可以看出,在相同压强下(如在0.1 MPa下)升高温度(如由400℃升高到500℃)时SO2的转化率降低(由99.2%降低为93.5%),即升高温度时此化学平衡向逆反应方向移动,而升高温度化学平衡应该向吸热反应方向移动,所以此反应的正反应为放热反应。

(2)根据表格中的数据可以得知:在0.1MPa下SO2的转化率已经很高,如在400℃时已达99.2%,若增大压强到10 MPa,压强增大了100倍但是SO2的转化率增大为99.9%,只增大了0.7%,变化不大。而压强增大100倍,需要对设备的材料、动力、能源等都做相应地提高,增大成本投入。

(3)使用催化剂只能改变化学反应的速率,改变反应到达平衡的时间,不能使化学平衡发生移动,即对SO2的转化率不产生影响;而在一定条件下,化学反应放出的热量与参加反应的反应物的量成正比,因SO2的转化率不变,所以反应放出的热量也不会增大。

(4)在生产实际中是采用98.3%的浓硫酸作吸收剂来吸收SO3的。因为若用水进行吸收会形成酸雾,将影响SO3的吸收速率和效率。

(5)1万吨98%的硫酸含H2SO4的质量:9.8×109 g。

设需要SO3的质量为x,该反应产生的热量为y。

H2SO4~ SO3~ 放出的热量

98 g       80 g     196.9 kJ×

9.8×109 g  x       y

解得x=8.0×103 t,y=9.845×109 kJ。

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