Question

某工廠廢氣中含有SO₂，可將SO₂轉化為（NH₄）₂SO₄而除去．其過程為：將廢氣經初步處理，使其中O₂的體積分數為10%（這時SO₂的體積分數為0.2%），并在400℃時以5m³/h的速率通過V₂O₅觸媒層，然后與流量為25L/h的NH₃混合，再噴入流量為290g/h的冷水，此時氣體溫度迅速從400℃下降至200℃，在結晶裝置中得到（NH₄）₂SO₄晶體．據此回答下列問題：
（1）使廢氣中SO₂與O₂的物質的量之比為1：50，原因是

 

．
（2）進行冷卻的原因是

 

．
（3）合成氨時，原料N₂不能用空氣代替，而必須用純N₂，主要原因是

 

．
（4）有資料報道：“最近研制出一種性能優越的催化劑，可以將SO₂全部催化氧化為SO₃：2SO₂+O₂ 

催化劑 .

△

2SO₃”．這種資料報道可信嗎？

 

（填“可信”或“不可信”），其理由是

 

．
（5）如果將SO₂全部轉化為SO₃，SO₃又全部轉化成（NH₄）₂SO₄，則按題給數據計算，NH₃的每小時通入量至少應是

 

L，由此可得出NH₃的利用率為

 

．
（6）酸雨的危害很大，從源頭上減少酸雨產生的途徑，可采取的措施是

 

（選填字母）．
A．少用煤作燃料   B．把工廠的煙囪造高
C．植樹造林    D．開發利用太陽能．

Answer 1

考點：化學平衡的調控作用,化學方程式的有關計算,常見的生活環境的污染及治理

專題：基本概念與基本理論,元素及其化合物

分析：（1）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；
（2）二氧化硫氧化為三氧化硫為放熱反應，降低溫度不利于提高二氧化硫的轉化率；
（3）空氣中氧氣與氫氣混合高溫反應會發生爆炸；
（4）SO₂催化氧化為SO₃，是可逆反應，不能完全反應，催化劑只能改變反應速率，不能改變化學平衡；
（5）根據二氧化硫與氨氣反應的關系，可以求得所需的氨氣的量，再求得利用率；
（6）減小酸雨就是減小二氧化硫的排放，也就要減少含硫的燃料的使用，所以要開發潔凈的能源，據此答題．

解答： 解：（1）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，有利于平衡向生成三氧化硫的方向移動；
故答案為：提高二氧化硫轉化率，增加氧氣的濃度，有利于平衡向生成三氧化硫的方向移動；
（2）二氧化硫氧化為三氧化硫為放熱反應，降低溫度有利于提高二氧化硫的轉化率；
故答案為：降低溫度有利于提高二氧化硫的轉化率；
（3）合成氨時，原料N₂不能用空氣代替，主要原因是在高溫下，空氣中的氧氣與氫氣混合會爆炸；
故答案為：在高溫下，空氣中的氧氣與氫氣混合會爆炸；
（4）催化劑縮短到達平衡時間，不影響平衡移動，所以二氧化硫的轉化率不變，性能優越的催化劑，不可能將SO₂全部催化氧化為SO₃，
故答案為：不可信；二氧化硫與氧氣的反應是可逆反應，使用催化劑只能改變反應速率，不能使平衡移動，更不能全部轉化；
（5）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，而廢氣5m³/h的速率通過V₂O₅觸媒層，含有的二氧化硫的體積為5×0.2%m³=10L/h，所以每小時需要氨氣的體積為20L，故氨氣的利用率為

20

25

×100%=80%，
故答案 為：20；80%；
（6）減小酸雨就是減小二氧化硫的排放，也就要減少含硫的燃料的使用，所以要開發潔凈的能源，太陽能就是其中之一，故選D．

點評：本題考查了工業制硫酸的基本原理，側重考查了化學平衡的影響因素，注意工業制備選擇條件的分析方法，題目難度中等．