题目内容
某化工厂以硫磺为原料生产硫酸．设空气中的氧气的体积分数为0.20，且不考虑各生产阶段的物料损失．试完成下列各题：
（1）如果该厂生产98%的硫酸10t．
①需要原料硫磺的质量是
②需要消耗空气的体积（标准状况）为
（2）如果该厂每天生产98%的硫酸at，在生产过程中为了使硫充分燃烧，且在下一步催化氧化时不再补充空气，要求硫燃烧后的混合气体中氧气的体积分数为b．已知该厂每天消耗空气2.24×104m3（标准状况）．
①写出a和b的关系式．
②在图中画出a和b的关系曲线．
考点：化学方程式的有关计算
专题：计算题
分析：（1）①根据S元素守恒，利用H2SO4中硫元素质量分数计算；
②阶段S+O2
SO2、2SO2+O2
2SO3消耗氧气，根据O原子守恒可知2n（O2）=3n（SO3），根据S原子守恒可知n（SO3）=n（S），据此计算；
（2）①燃烧发生反应S+O2
SO2，硫燃烧后体积不变，故硫燃烧后氧气的物质的量为b×106mol，硫燃烧后混合气体中二氧化硫和氧气总共占的比例等于燃烧前氧气占的比例，催化氧化时发生2SO2+O2
2SO3，若催化氧化时恰好反应，则0.2×
=b，故b=0.067，
若0≤b≤0.067时，催化氧化后，二氧化硫有剩余或恰好反应，根据氧气计算，由2SO2+O2
2SO3，可知n（SO3）=2n（O2），根据S原子守恒可知n（H2SO4）=n（SO3），据此解答；
若b≥0.067时，结合空气氧气的含量可知b≤0.2，即0.067≤b≤0.2时，催化氧化后，氧气有剩余或恰好反应，根据H2SO4计算，S+O2
SO2、2SO2+O2
2SO3消耗氧气，根据S原子守恒可知n（H2SO4）=n（SO2），由S+O2
SO2可知燃烧消耗氧气物质的量，空气中氧气总物质的量-燃烧消耗氧气=剩余氧气物质的量，据此解答，
②根据①中表达式作图．
②阶段S+O2
| ||
| ||
| △ |
（2）①燃烧发生反应S+O2
| ||
| ||
| △ |
| 1 |
| 3 |
若0≤b≤0.067时，催化氧化后，二氧化硫有剩余或恰好反应，根据氧气计算，由2SO2+O2
| ||
| △ |
若b≥0.067时，结合空气氧气的含量可知b≤0.2，即0.067≤b≤0.2时，催化氧化后，氧气有剩余或恰好反应，根据H2SO4计算，S+O2
| ||
| ||
| △ |
| ||
②根据①中表达式作图．
解答：
解：（1）①根据S元素守恒，结合H2SO4中硫元素质量分数，可知该厂生产98%的硫酸10t，需要硫磺的质量为10t×98%×
=3.2t，
故答案为：3.2；
②阶段S+O2
SO2、2SO2+O2
2SO3消耗氧气，根据S原子守恒可知n（SO3）=n（S）=
=1×106mol，根据O原子守恒可知2n（O2）=3n（SO3），故消耗氧气n（O2）=
n（SO3）=
×106mol=1.5×106mol，故消耗空气体积为5×1.5×106mol×22.4L/mol=168×105L=16800m3，
故答案为：16800；
（2）①每天消耗空气2.24×104m3（标准状况），其物质的量=
=106mol，空气中氧气的物质的量=2×105mol，每天生成H2SO4的物质的量=
=a×104mol，硫燃烧发生反应S+O2
SO2，硫燃烧后体积不变，故硫燃烧后氧气的物质的量为b×106mol，硫燃烧后混合气体中二氧化硫和氧气总共占的比例等于燃烧前氧气占的比例，催化氧化时发生2SO2+O2
2SO3，若催化氧化时恰好反应，则0.2×
=b，故b=0.067，
若0≤b≤0.067时，催化氧化后，二氧化硫有剩余或恰好反应，根据氧气计算，由2SO2+O2
2SO3可知，可知n（SO3）=2n（O2）=2b×106mol，故b×106mol=a×104mol，整理得a=200b；
若b≥0.067时，结合空气氧气的含量可知b≤0.2，即0.067≤b≤0.2时，催化氧化后，氧气有剩余或恰好反应，根据H2SO4计算，S+O2
SO2、2SO2+O2
2SO3消耗氧气，根据S原子守恒可知n（H2SO4）=n（SO2）=a×104mol，由S+O2
SO2可知，燃烧消耗氧气为a×104mol，故2×105mol-a×104mol=b×106mol，整理得a+100b=20，
故答案为：
；
②根据①中表达式可知，a和b的关系曲线为
，
故答案为：．
| 32 |
| 98 |
故答案为：3.2；
②阶段S+O2
| ||
| ||
| △ |
| 3.2×106g |
| 32g/mol |
| 3 |
| 2 |
| 3 |
| 2 |
故答案为：16800；
（2）①每天消耗空气2.24×104m3（标准状况），其物质的量=
| 2.24L×107L |
| 22.4L/mol |
| a×106g×98% |
| 98g/mol |
| ||
| ||
| △ |
| 1 |
| 3 |
若0≤b≤0.067时，催化氧化后，二氧化硫有剩余或恰好反应，根据氧气计算，由2SO2+O2
| ||
| △ |
若b≥0.067时，结合空气氧气的含量可知b≤0.2，即0.067≤b≤0.2时，催化氧化后，氧气有剩余或恰好反应，根据H2SO4计算，S+O2
| ||
| ||
| △ |
| ||
故答案为：
|
②根据①中表达式可知，a和b的关系曲线为
，故答案为：
．
点评：本题以硫酸工业为载体，考查根据方程式计算、讨论计算等，难度较大，（2）中讨论催化氧化后是否有物质剩余确定区间是解题关键，属于过量计算问题．
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