Question

（2012?徐匯區(qū)一模）接觸法制硫酸是先把SO₂催化氧化成SO₃，然后用濃硫酸吸收得到的SO₃制取產品．某工廠生產硫酸時，進入接觸室的原料氣成分為SO₂7%、O₂ 11%、N₂82%（體積分數(shù)）．
（1）計算標準狀況下10m³原料氣中的SO₂物質的量

31.25

mol．
（2）計算標準狀況下10m³原料氣的質量

．
（3）若SO₂的轉化率為99.2%，計算接觸室導出的氣體中SO₃的體積分數(shù)

．
（4）若接觸室導出的氣體中含6.72%（體積分數(shù)）的SO₃．把出口氣體送進吸收塔，用98%的硫酸吸收，可得到“發(fā)煙H₂SO₄”（H₂SO₄和SO₃的混合物，其中含質量分數(shù)為20%的SO₃）．計算吸收1000m³出口氣體（已折算為標準狀況）所需要的98%的硫酸的質量

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)二氧化硫的體積分數(shù)計算其體積，再根據(jù)n=

V

Vm

計算SO₂的物質的量；
（2）根據(jù)體積分數(shù)計算各原料中各組分的體積，再根據(jù)n=

V

Vm

計算各組分的物質的量，根據(jù)m=nM計算；
（3）計算參加反應的二氧化硫的體積，根據(jù)差量法計算混合氣體的體積減少、生成的三氧化硫的體積，進而計算反應后混合氣體是體積，根據(jù)體積分數(shù)定義計算；
（4）假設需要濃硫酸的質量為mg，用m表示濃硫酸中硫酸、水的質量，進而計算二者物質的量，根據(jù)水的物質的量計算吸收三氧化硫后生成的硫酸的物質的量，根據(jù)三氧化硫的體積分數(shù)計算1000m³出口氣體中三氧化硫的體積，再根據(jù)n=

V

Vm

計算SO₃的物質的量，進而計算吸收后剩余的三氧化硫的物質的量，根據(jù)發(fā)煙硫酸中H₂SO₄和SO₃的質量關系列方程計算．

解答：解：（1）原料氣中SO₂的體積分數(shù)為7%，故10m³原料氣中的SO₂的體積為10m³×7%=0.7m³=700L，故標準狀況下二氧化硫的物質的量為

700L

22.4L/mol

=31.25mol，
故答案為：31.25；
（2）原料氣中O₂的體積分數(shù)為11%，故10m³原料氣中的O₂的體積為10m³×11%=1.1m³=1100L，故標準狀況下氧氣的物質的量為

1100L

22.4L/mol

=49.11mol，
原料氣中N₂的體積分數(shù)為82%，故10m³原料氣中的N₂的體積為10m³×82%=8.2m³=8200L，故標準狀況下氮氣的物質的量為

8200L

22.4L/mol

=366.07mol，
故標準狀況下10m³原料氣的質量為：31.25mol×64g/mol+49.11mol×32g/mol+366.07mol×28g/mol=13821.48≈13.82kg，
答：標準狀況下10m³原料氣的質量為13.82kg；
（3）SO₂的轉化率為99.2%，則參加反應的二氧化硫的體積為10m³×7%×99.2%=0.6944m³，則：
  2SO₂+O₂=2SO₃        體積減少△V
 2         2             1
0.6944m³   0.6944m³   0.3472m³
故反應后氣體的體積為10m³-0.3472m³=9.6528m³，
故接觸室導出的氣體中SO₃的體積為0.6944m³，體積分數(shù)為

0.6944m3

9.6528m3

×100%=7.19%，
答：接觸室導出的氣體中SO₃的體積分數(shù)為7.19%；
（4）假設需要濃硫酸的質量為mg，則濃硫酸中硫酸的質量為mg×98g%=0.98mg，物質的量為

0.98mg

98g/mol

=0.01m mol
濃硫酸中水的質量為mg-0.98mg=0.02mg，物質的量為

0.02mg

18g/mol

=

0.01m

9

mol，故吸收三氧化硫后生成的硫酸的物質的量為

0.01m

9

mol，發(fā)煙硫酸中硫酸的物質的量為0.01m mol+

0.01m

9

mol=

0.1m

9

mol，
1000m³出口氣體中三氧化硫的體積為1000m³×6.72%=67.2m³=67200L，SO₃的物質的量為

67200L

22.4L/mol

=3000mol，被水吸收后剩余的三氧化硫的物質的量為3000mol-

0.01m

9

mol，
故

0.1m

9

mol×98g/mol：（3000mol-

0.01m

9

mol）×80g/mol=（1-20%）：20%，解得m=664615g=664.6kg，
答：吸收1000m³出口氣體所需要的98%的硫酸的質量為664.6kg．

點評：本題考查混合物的有關計算、根據(jù)方程式的有關計算，過程復雜、計算量很大，為易錯題目，難度較大．