Question

【题目】某化工厂每小时生产a 吨98%（质量分数）硫酸。为使硫充分燃烧，且在下一步催化氧化时不再补充空气，要求燃烧后的混合气体中含氧气的体积分数为b%。若空气中氧气的体积分数为21%，且不考虑各生产阶段的物料损失，则

(1)该厂每小时消耗标准状况下空气的体积为___________m3。

(2)为满足题设要求，b%的下限等于___________。

Answer 1

【答案】 7%

【解析】

根据S+O2=SO2反应前后气体体积不变，求出燃烧后O2的体积。

（1）每小时生产的纯硫酸为(a×106g×98%)÷98g/mol=a×104mol。生产过程中生成的SO2和SO3也都是a×104mol。设每小时消耗空气的体积为V，则由S+O2=SO2消耗O2的体积等于生成的SO2体积，即燃烧前空气的体积等于燃烧后混合气体的体积，据此可得以下关系：空气中O2的体积=反应中消耗的O2的体积+燃烧后混合气体中O2的体积，即V×21%=a×104mol×22.4L·mol－1×10-3m3·L－1+V×b%，V= m3。

（2）“b的下限”，其含义是指燃烧后剩余的O2在第二步催化氧化时恰好完全反应，也就是说，燃烧前空气中的氧（空气体积的21%）恰好满足两步反应。因S+O2=SO2和O2+2SO2=2SO3两步反应耗O2之比为2:1，故燃烧后（第一步反应后）混合气体中O2的体积分数的下限是b%= ×21%=7%。