Question

9．某工厂废气中含有SO₂，可将SO₂转化为（NH₄）₂SO₄而除去．其过程为：将废气经初步处理，使其中O₂的体积分数为10%（这时SO₂的体积分数为0.3%），并在400℃时以3m3•h^-1的速率通过V₂O₅触媒层，然后与流量为25L•h^-1 的NH₃混合，再喷入流量为290g•h^-1的冷水，此时气体温度迅速从400℃下 降至200℃，在结晶装置中得到（NH₄）₂SO₄晶体．据此回答下列问题：
（1）废气经初步处理后控制SO₂与O₂的物质的量之比的理论依据是增加氧气的浓度，提高二氧化硫转化率，有利于平衡向生成三氧化硫的方向移动．
（2）进行冷却的原因是（NH₄）₂S0₄在温度高时会分解并且有利于（NH₄）₂S0₄的生成．
（3）合成氨时，原料N₂不能用空气代替，而必须用纯N₂，主要原因是在高温下，空气中的氧气与氢气混合会爆炸．
（4）有资料报道最近研制出一种性能优越的催化剂，可以将SO₂全部催化氧化为SO₃（2SO₂+O₂$\frac{催化}{\;}$2SO₃）”．这种资料报道可信吗？不可信（填“可信”或“不可信'，其理由是二氧化硫与氧气的反应是可逆反应，使用催化剂只能改变反应速率，不能使平衡移动，更不能全部转化．
（5）如果将SO₂全部转化为SO₃，SO₃又全部转化成（NH₄）₂SO₄，则按题给数据计算，NH₃的每小时通入量至少应是L，由此可得出NH₃的利用率为72%．
（6）酸雨的危害很大，从源头上减少酸雨产生的途径，可采取的措施是BC（填序号）．
A．植树造林       B．开发利用太阳能
C．少用煤作燃料  D．把工厂的烟囱造高．

Answer 1

分析 （1）过量的O₂可以提高SO₂的转化率，采用这样比值增大O₂的浓度，提高了SO₂的转化率；
（2）依据铵盐的不稳定性，结合题意：有利于（NH₄）₂S0₄的生成；
（3）空气中氧气与氢气混合高温反应会发生爆炸；
（4）SO₂催化氧化为SO₃，是可逆反应，不能完全反应，催化剂只能改变反应速率，不能改变化学平衡；
（5）根据二氧化硫与氨气反应的关系，可以求得所需的氨气的量，再求得利用率；
（6）减小酸雨就是减小二氧化硫的排放，也就要减少含硫的燃料的使用，所以要开发洁净的能源，据此答题．

解答 解：（1）过量的O₂可以提高SO₂的转化率，采用这样比值增大O₂的浓度，提高了SO₂的转化率，有利于平衡向生成三氧化硫的方向移动；
故答案为：增加氧气的浓度，提高二氧化硫转化率，有利于平衡向生成三氧化硫的方向移动；
（2）依据题意可知，低温有利于生成硫酸铵，且硫酸铵为铵盐，具有不稳定性，受热易分解；
故答案为：（NH₄）₂S0₄在温度高时会分解并且有利于（NH₄）₂S0₄的生成；
（3）合成氨时，原料N₂不能用空气代替，主要原因是在高温下，空气中的氧气与氢气混合会爆炸；
故答案为：在高温下，空气中的氧气与氢气混合会爆炸；
（4）催化剂缩短到达平衡时间，不影响平衡移动，所以二氧化硫的转化率不变，性能优越的催化剂，不可能将SO₂全部催化氧化为SO₃，
故答案为：不可信；二氧化硫与氧气的反应是可逆反应，使用催化剂只能改变反应速率，不能使平衡移动，更不能全部转化；
（5）此题涉及的反应有：2SO₂+O₂?2SO₃…①，2NH₃+SO₃+H₂O=（NH₄）₂SO₄…②，①、②两式联立，可得SO₂～SO₃～2NH₃～（NH₄）₂SO₄可知废气中SO₂与NH₃按1：2通入，而废气3m³/h的速率通过V₂O₅触媒层，含有的二氧化硫的体积为3×0.3%m³=9L/h，所以每小时需要氨气的体积为18L，故氨气的利用率为$\frac{18}{25}$×100%=72%，
故答案为：18；72%；
（6）减小酸雨就是减小二氧化硫的排放，也就要减少含硫的燃料的使用，所以要开发洁净的能源，太阳能就是其中之一，故选BC．

点评 本题考查了工业制（NH₄）₂SO₄的基本原理，侧重考查了化学平衡的影响因素，注意工业制备选择条件的分析方法，题目难度中等．