Question

工業上生產硫酸時，利用催化氧化反應將SO₂轉化為SO₃是一個關鍵步驟．壓強及溫度對SO₂轉化率的影響如下表（原料氣各成分的體積分數為：SO₂：7%　　　O₂：11%　　　N₂：82%）；

壓強/MPa 轉化率/% 溫度/℃	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

（1）已知SO₂的氧化是放熱反應，如何利用表中數據推斷此結論？

 

；
（2）在400～500℃時，SO₂的催化氧化采用常壓而不是高壓，主要原因是：

 

；
（3）選擇適宜的催化劑，是否可以提高SO₂的轉化率？

 

（填“是”或“否”），是否可以增大該反應所放出的熱量？

 

（填“是”或“否”）；
（4）為提高SO₃的吸收率，實際生產中用

 

吸收SO₂．
（5）已知：2SO₂（g）+O₂（g）=2SO₃（g）；△H=-196.9kJ?mol^-1，計算每生產一萬噸98%硫酸，SO₂生產這些SO₃所放出的熱量

 

．

Answer 1

考點：化學平衡的調控作用,工業制取硫酸

專題：化學平衡專題

分析：（1）采取控制變量法，壓強一定，分析溫度對平衡的影響，由表中數據可知，壓強一定時，溫度升高時，SO₂的轉化率降低，說明升高溫度有利于平衡向逆反應移動；
（2）由表中數據可知，增大壓強對SO₂的轉化率影響不大，同時增大成本；
（3）催化劑縮短到達平衡時間，不影響平衡移動；
反應熱只與始態和終態的能量有關，與反應條件無關，催化劑不改變始態和終態的能量；
（4）吸收塔中吸收液的選擇從實際吸收效果考慮不采用水而采用濃硫酸，可防止產生酸霧；
（5）計算1萬噸98%的硫酸含有H₂SO₄的質量，根據關系式2H₂SO₄～2SO₃～Q=196.9kJ計算．

解答： 解：（1）由表中數據可知，壓強一定時，溫度升高時，SO₂的轉化率降低，說明升高溫度有利于平衡向逆反應移動，故正反應為放熱反應，
故答案為：壓強一定時，溫度升高時，SO₂的轉化率降低，說明升高溫度有利于平衡向逆反應移動，故正反應為放熱反應；
（2）由表中數據可知，增大壓強對SO₂的轉化率影響不大，同時增大成本，故通常采取采用常壓而不是高壓，
故答案為：增大壓強對SO₂的轉化率影響不大，同時增大成本；
（3）催化劑縮短到達平衡時間，不影響平衡移動，二氧化硫的轉化率不變；
反應熱只與始態和終態的能量有關，與反應條件無關，催化劑不改變始態和終態的能量，使用催化劑反應熱不變，
故答案為：否；否；
（4）吸收塔中SO₃如果用水吸收，發生反應：SO₃+H₂O═H₂SO₄，該反應為放熱反應，放出的熱量易導致酸霧形成，阻礙水對三氧化硫的吸收；而濃硫酸的沸點高，難以氣化，不會形成酸霧，同時三氧化硫易溶于濃硫酸，所以工業上從吸收塔頂部噴灑濃硫酸作吸收液，最終得到“發煙”硫酸，
故答案為：98.3%的硫酸；
（5）1萬噸98%的硫酸含有H₂SO₄的質量為1×10¹⁰×98%=9.8×10⁹g，
令需要SO₃的質量為m，放出的熱量為y，則：
   2H₂SO₄～2SO₃～Q=196.9kJ
2×98g     2×80g     196.9kJ
9.8×10⁹g    m          y
所以2×98g：9.8×10⁹g=2×80g：m，解得m=8×10⁹g=8×10³t
所以2×98g：196.9kJ=9.8×10⁹g：y，解得y=9.85×10⁹kJ
故答案為：9.85×10⁹kJ．

點評：本題考查硫酸工業、影響化學平衡的因素、反應熱的計算、多步反應計算等，難度中等，掌握利用關系式的計算．