Question

在合成硫酸的生產中，采用了“接觸法制硫酸”，反應過程中使SO₂與O₂在V₂O₅催化劑表面進行接觸而轉化為SO₃。即2SO₂+O₂2S0₃；ΔH＜0，已知在常壓下反應達平衡時SO₃（此時為氣態）的體積分數為91％。試分析簡答以下問題：

    (1)在生產中，實際上使用過量的空氣，其目的是___________________。

    (2)該反應的正反應為放熱反應，但實際生產時須加熱至500 ℃左右，其理由_________。

    (3)實際生產中應采用常壓還是高壓?__________________，其理由是________________。

Answer 1

解析：本題需遷移所學勒夏特列原理綜合考慮，合理選擇SO₂轉化為SO₃的適宜條件。

    本題可以從以下幾點進行分析：

    (1)當增大某一反應物濃度時，會導致化學平衡向正反應方向移動，從而提高另一種反應物的轉化率；

    (2)工業生產或化學實驗中，常常需要加熱，對放熱反應也不例外，這個問題應從溫度與反應速率的關系，以及催化劑的活性溫度兩個方面去綜合考慮；

    (3)壓強應從生產的實際需要，對平衡移動的影響，反應物的轉化率，以及生產設備承壓能力、動力系統的要求等多方面去綜合考慮。

答案：(1)因為反應為2SO₂+O₂2SO₃，所以增大O₂的濃度，導致平衡正向移動，使成本較高的原料氣SO₂得到充分利用，提高了SO₂的轉化率

    (2)因為反應為2SO₂+O₂2SO₃；ΔH＜0，正反應為放熱反應，雖然低溫有利于反應正向進行，但反應速率太慢。因而從提高反應速率的要求應使反應在加熱的條件下進行，同時V₂O₅催化劑的活性溫度為500 ℃左右。在500 ℃?左右既可以加快反應速率，縮短達到平衡所需要的時間，又可以使催化劑得以發揮最大作用

    (3)常壓  因為φ(SO₃)=91％，所以選擇常壓生產即有較大的轉化率了，不必要采用高壓，高壓對生產設備、動力系統、生產安全等方面要求高、難度大，成本高，因而不適宜