题目内容
[化学--选修化学与技术]硫酸是工业生产中最为重要的产品之一.
(1)工业上制硫酸的主要分为 、 、 三个阶段.
(2)下列是第二阶段反应的有关实验数据,请选择最合适的生产条件 .
(3)现在欲提高反应速率和SO2的转化率,下列措施可行的是 .
A.向装置中通入氮气且保持体积不变
B.向装置中通入氧气且保持体积不变
C.添加更多的催化剂
D.降低温度,及时转移SO3
(4)硫酸生产的尾气中含有少量SO2,可用石灰水吸收后,再用硫酸处理.此过程涉及的化学反应方程式为 , .
(5)若进入第二阶段设备气体的体积分数为:SO27%、O211%、N282%.现有100体积这样的混合气体在反应后变成为96.7体积,则反应后混合气体中N2和SO3的体积比为 ,此时SO2转化率为 .
(1)工业上制硫酸的主要分为
(2)下列是第二阶段反应的有关实验数据,请选择最合适的生产条件
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 |
A.向装置中通入氮气且保持体积不变
B.向装置中通入氧气且保持体积不变
C.添加更多的催化剂
D.降低温度,及时转移SO3
(4)硫酸生产的尾气中含有少量SO2,可用石灰水吸收后,再用硫酸处理.此过程涉及的化学反应方程式为
(5)若进入第二阶段设备气体的体积分数为:SO27%、O211%、N282%.现有100体积这样的混合气体在反应后变成为96.7体积,则反应后混合气体中N2和SO3的体积比为
分析:(1)依据工业制硫酸的工艺流程分析回答;
(2)增大压强后,SO2的平衡转化率提高得并不多,加压对设备的要求高且耗能多,将增大投资和能量消耗.400℃~500℃作为操作温度,因为在这个温度范围内,催化剂的活性(反应速率)和SO2的平衡转化率都比较理想;
(3)提高反应速率和SO2的转化率,依据影响化学反应速率和化学平衡移动方向判断;
(4)硫酸工业尾气中SO2净化处理方法很多,SO2是酸性氧化物,因此常用碱液吸收,如氨水、氢氧化钠溶液、石灰水等;
(5)依据化学方程式,结合反应前后体积差量计算;
(2)增大压强后,SO2的平衡转化率提高得并不多,加压对设备的要求高且耗能多,将增大投资和能量消耗.400℃~500℃作为操作温度,因为在这个温度范围内,催化剂的活性(反应速率)和SO2的平衡转化率都比较理想;
(3)提高反应速率和SO2的转化率,依据影响化学反应速率和化学平衡移动方向判断;
(4)硫酸工业尾气中SO2净化处理方法很多,SO2是酸性氧化物,因此常用碱液吸收,如氨水、氢氧化钠溶液、石灰水等;
(5)依据化学方程式,结合反应前后体积差量计算;
解答:解:(1)制备过程发生的反应为:造气,二氧化硫的生成:4FeS2+11O2═2Fe2O3+8SO2;氧化,二氧化硫的催化氧化:2SO2+O2
2SO3;三氧化硫的吸收:SO3+H2O═H2SO4;
故答案为:二氧化硫的生成,二氧化硫催化氧化;三氧化硫的吸收;
(2)增大压强后,SO2的平衡转化率提高得并不多,加压对设备的要求高且耗能多,将增大投资和能量消耗.400℃~500℃作为操作温度,因为在这个温度范围内,催化剂的活性(反应速率)和SO2的平衡转化率都比较理想.故选择400℃~500℃,1MPa大气压.故答案为:400℃~500℃,1MPa大气压;
(3)A、恒温恒容通入与平衡无关的气体,总压增大,分压不变,平衡不动,二氧化硫转化率不变;故A错误;
B、增加空气的量,反应物浓度增大,反应速率增大,会使平衡正向进行,提高了二氧化硫的转化率;故B正确;
C、催化剂只改变速率不改变平衡,不改变转化率;故C错误;
D、降低温度,及时转移SO3 可以使平衡正向进行,二氧化硫转化率增大,但降温反应速率减小,故D错误;
故选B.
(4)在硫酸工业尾气中,SO2是主要大气污染物,也是酸性氧化物,进行净化处理时可以用碱液吸收,如NaOH、氨水、石灰水等,生成亚硫酸盐,然后再用硫酸处理,重新生成SO2和一种生产水泥的辅料,则碱液可选择石灰水,反应为SO2+Ca(OH)2═CaSO3↓+H2O、CaSO3+H2SO4═CaSO4+SO2↑+H2O,
故答案为:石灰水;SO2+Ca(OH)2═CaSO3↓+H2O、CaSO3+H2SO4═CaSO4+SO2↑+H2O;
(5)进入第二阶段设备气体的体积分数为:SO27%、O211%、N282%.现有100体积这样的混合气体在反应后变成为96.7体积,反应后气体体积减少100-96.7=3.3;反应后混合气体中N2和SO3的体积比结合化学方程式中反应后气体体积变化计算为:
2SO2+O2
2SO3;△V
2 1 2 1
6.6 3.3 6.6 3.3
剩余气体体积为:96.7,其中含有三氧化硫体积为6.6,二氧化硫体积=7-6.6=0.4,氧气11-3.3=7.7,氮气体积=82,反应后混合气体中N2和SO3体积比=82:6.6=410:33;
二氧化硫的转化率=
×100%=94.3%
故答案为:410:33;94.3%
| ||
△ |
故答案为:二氧化硫的生成,二氧化硫催化氧化;三氧化硫的吸收;
(2)增大压强后,SO2的平衡转化率提高得并不多,加压对设备的要求高且耗能多,将增大投资和能量消耗.400℃~500℃作为操作温度,因为在这个温度范围内,催化剂的活性(反应速率)和SO2的平衡转化率都比较理想.故选择400℃~500℃,1MPa大气压.故答案为:400℃~500℃,1MPa大气压;
(3)A、恒温恒容通入与平衡无关的气体,总压增大,分压不变,平衡不动,二氧化硫转化率不变;故A错误;
B、增加空气的量,反应物浓度增大,反应速率增大,会使平衡正向进行,提高了二氧化硫的转化率;故B正确;
C、催化剂只改变速率不改变平衡,不改变转化率;故C错误;
D、降低温度,及时转移SO3 可以使平衡正向进行,二氧化硫转化率增大,但降温反应速率减小,故D错误;
故选B.
(4)在硫酸工业尾气中,SO2是主要大气污染物,也是酸性氧化物,进行净化处理时可以用碱液吸收,如NaOH、氨水、石灰水等,生成亚硫酸盐,然后再用硫酸处理,重新生成SO2和一种生产水泥的辅料,则碱液可选择石灰水,反应为SO2+Ca(OH)2═CaSO3↓+H2O、CaSO3+H2SO4═CaSO4+SO2↑+H2O,
故答案为:石灰水;SO2+Ca(OH)2═CaSO3↓+H2O、CaSO3+H2SO4═CaSO4+SO2↑+H2O;
(5)进入第二阶段设备气体的体积分数为:SO27%、O211%、N282%.现有100体积这样的混合气体在反应后变成为96.7体积,反应后气体体积减少100-96.7=3.3;反应后混合气体中N2和SO3的体积比结合化学方程式中反应后气体体积变化计算为:
2SO2+O2
| ||
△ |
2 1 2 1
6.6 3.3 6.6 3.3
剩余气体体积为:96.7,其中含有三氧化硫体积为6.6,二氧化硫体积=7-6.6=0.4,氧气11-3.3=7.7,氮气体积=82,反应后混合气体中N2和SO3体积比=82:6.6=410:33;
二氧化硫的转化率=
6.6 |
7 |
故答案为:410:33;94.3%
点评:本题考查了工业制硫酸的生成过程和反应特征,二氧化硫的催化氧化反应的条件选择,尾气吸收的方法判断,二氧化硫接触室催化氧化反应的定量计算,题目难度中等.
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