Question

為了除去工業廢氣中的SO₂，防止造成環境污染，現查得一份將SO₂轉化為（NH₄）₂SO₄的資料．摘要如下：
“一個典型實驗：初步處理后的廢氣中含0.2%的SO₂和10%的O₂（體積含量），在400℃時廢氣以5m³/h的速率通過V₂O₅催化劑層與20L/h速率的NH₃混合，再噴水，此時氣體溫度由400℃降至200℃，在熱的結晶裝置中得到（NH₄）₂SO₄晶體．”（氣體體積均已折算為標準狀況）仔細閱讀上文，回答下列問題：
（1）按反應中的理論值，SO₂和O₂的物質的量之比為2：1，該資料中這個比值是多少？為什么？
（2）通過計算說明為什么廢氣以5m³/h的速率與20L/h速率的NH₃混合？
（3）若某廠每天排放10000m³這種廢氣，按上述方法該廠每月（按30天計算）可得（NH₄）₂SO₄多少噸？消耗NH₃多少噸？

Answer 1

（1）廢氣中含SO₂：0.2%，O₂：10%（體積分數），則相當于體積比2：100，即1：50，根據化學平衡移動原理，過量的O₂可以提高SO₂的轉化率，采用這樣比值增大O₂的濃度，提高了SO₂的轉化率，答：這個比值是1：50；過量的O₂可以提高SO₂的轉化率；
（2）廢氣中每小時排放SO₂為：1000 L/m³×5 m³/h×0.2%=10 L/h，氨氣與SO₂氣體的速度比值為：v（NH₃）：v（SO₂）=2：1，則NH₃與SO₂完全轉化為（NH₄）₂SO₄，
答：v（NH₃）：v（SO₂）=2：1時，SO₂可全部轉化為（NH₄）₂SO₄；
（3）此題涉及的反應有：2SO₂+O₂?2SO₃…①，2NH₃+SO₃+H₂O=（NH₄）₂SO₄…②，①、②兩式聯立，可得SO₂～SO₃～2NH₃～（NH₄）₂SO₄可知廢氣中SO₂與NH₃按1：2通入，所以每天排放10000m³這種廢氣，可以獲得硫酸銨的量：m〔（NH₄）₂SO₄〕=

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22.4

×（30×10000×10³×0.2%）×132×10^-6≈3.54（t），消耗NH₃的質量：m（NH₃）=n（NH₃）×M（NH₃）=2 n（SO₂）×M（NH₃）=（30×10000×10³×0.2%）×2×17×10^-6/22.4=0.91（t），答：該廠每月（按30天計算）可得3.54t硫酸銨，0.91tNH₃．