Question

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/℃	0.1	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。

 

Answer 1

(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

【解析】(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

则＝＝，

解得x＝8.0×103 t，y＝9.845×109 kJ。