Question

工業(yè)上生產(chǎn)硫酸時，利用催化氧化反應(yīng)將SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃是一個關(guān)鍵步驟。壓強及溫度對SO₂轉(zhuǎn)化率的影響如下表(原料氣各成分的體積分數(shù)為：SO₂ 7%，O₂ 11%，N₂ 82%)：

壓強/MPa 轉(zhuǎn)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(yīng)，如何利用表中數(shù)據(jù)推斷此結(jié)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(zhuǎn)化率？________(填“是”或“否”)，是否可以增大該反應(yīng)放出的熱量？________(填“是”或“否”)。
(4)為提高SO₃吸收率，實際生產(chǎn)中用________吸收SO₂。
(5)已知：2SO₂(g)＋O₂(g)=2SO₃(g) ΔH＝－196.9 kJ·mol^－1，計算每生產(chǎn)1萬噸98%的硫酸所需要的SO₃質(zhì)量和由SO₂生產(chǎn)這些SO₃所放出的熱量。

Answer 1

(1)壓強一定時，溫度升高時，SO₂轉(zhuǎn)化率下降，說明升溫有利逆反應(yīng)的進行，所以正反應(yīng)為放熱反應(yīng)
(2)增大壓強對提高SO₂轉(zhuǎn)化率無顯著影響，反而會增加成本
(3)否     否
(4)濃硫酸
(5)8.0×10³ t 9.845×10⁹ kJ

(1)根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)可以看出，在相同壓強下(如在0.1 MPa下)升高溫度(如由400℃升高到500℃)時SO₂的轉(zhuǎn)化率降低(由99.2%降低為93.5%)，即升高溫度時此化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動，而升高溫度化學(xué)平衡應(yīng)該向吸熱反應(yīng)方向移動，所以此反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。
(2)根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)可以得知：在0.1MPa下SO₂的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，如在400℃時已達99.2%，若增大壓強到10 MPa，壓強增大了100倍但是SO₂的轉(zhuǎn)化率增大為99.9%，只增大了0.7%，變化不大。而壓強增大100倍，需要對設(shè)備的材料、動力、能源等都做相應(yīng)地提高，增大成本投入。
(3)使用催化劑只能改變化學(xué)反應(yīng)的速率，改變反應(yīng)到達平衡的時間，不能使化學(xué)平衡發(fā)生移動，即對SO₂的轉(zhuǎn)化率不產(chǎn)生影響；而在一定條件下，化學(xué)反應(yīng)放出的熱量與參加反應(yīng)的反應(yīng)物的量成正比，因SO₂的轉(zhuǎn)化率不變，所以反應(yīng)放出的熱量也不會增大。
(4)在生產(chǎn)實際中是采用98.3%的濃硫酸作吸收劑來吸收SO₃的。因為若用水進行吸收會形成酸霧，將影響SO₃的吸收速率和效率。
(5)1萬噸98%的硫酸含H₂SO₄的質(zhì)量：9.8×10⁹ g。
設(shè)需要SO₃的質(zhì)量為x，該反應(yīng)產(chǎn)生的熱量為y。
H₂SO₄～ SO₃～ 放出的熱量
98 g       80 g     196.9 kJ×
9．8×10⁹ g  x       y
則＝＝，
解得x＝8.0×10³ t，y＝9.845×10⁹ kJ。