Question

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(chǎn)品．某工廠生產(chǎn)硫酸時(shí)，進(jìn)入接觸室的原料氣成分為SO₂7%、O₂ 11%、N₂82%（體積分?jǐn)?shù)）．
（1）計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)狀況下10m³原料氣中的SO₂物質(zhì)的量______mol．
（2）計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)狀況下10m³原料氣的質(zhì)量．______
（3）若SO₂的轉(zhuǎn)化率為99.2%，計(jì)算接觸室導(dǎo)出的氣體中SO₃的體積分?jǐn)?shù)．______
（4）若接觸室導(dǎo)出的氣體中含6.72%（體積分?jǐn)?shù)）的SO₃．把出口氣體送進(jìn)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(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的SO₃）．計(jì)算吸收1000m³出口氣體（已折算為標(biāo)準(zhǔn)狀況）所需要的98%的硫酸的質(zhì)量．______．

Answer 1

【答案】分析：（1）根據(jù)二氧化硫的體積分?jǐn)?shù)計(jì)算其體積，再根據(jù)n=計(jì)算SO₂的物質(zhì)的量；
（2）根據(jù)體積分?jǐn)?shù)計(jì)算各原料中各組分的體積，再根據(jù)n=計(jì)算各組分的物質(zhì)的量，根據(jù)m=nM計(jì)算；
（3）計(jì)算參加反應(yīng)的二氧化硫的體積，根據(jù)差量法計(jì)算混合氣體的體積減少、生成的三氧化硫的體積，進(jìn)而計(jì)算反應(yīng)后混合氣體是體積，根據(jù)體積分?jǐn)?shù)定義計(jì)算；
（4）假設(shè)需要濃硫酸的質(zhì)量為mg，用m表示濃硫酸中硫酸、水的質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算二者物質(zhì)的量，根據(jù)水的物質(zhì)的量計(jì)算吸收三氧化硫后生成的硫酸的物質(zhì)的量，根據(jù)三氧化硫的體積分?jǐn)?shù)計(jì)算1000m³出口氣體中三氧化硫的體積，再根據(jù)n=計(jì)算SO₃的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算吸收后剩余的三氧化硫的物質(zhì)的量，根據(jù)發(fā)煙硫酸中H₂SO₄和SO₃的質(zhì)量關(guān)系列方程計(jì)算．
解答：解：（1）原料氣中SO₂的體積分?jǐn)?shù)為7%，故10m³原料氣中的SO₂的體積為10m³×7%=0.7m³=700L，故標(biāo)準(zhǔn)狀況下二氧化硫的物質(zhì)的量為=31.25mol，
故答案為：31.25；
（2）原料氣中O₂的體積分?jǐn)?shù)為11%，故10m³原料氣中的O₂的體積為10m³×11%=1.1m³=1100L，故標(biāo)準(zhǔn)狀況下氧氣的物質(zhì)的量為=49.11mol，
原料氣中N₂的體積分?jǐn)?shù)為82%，故10m³原料氣中的N₂的體積為10m³×82%=8.2m³=8200L，故標(biāo)準(zhǔn)狀況下氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為=366.07mol，
故標(biāo)準(zhǔn)狀況下10m³原料氣的質(zhì)量為：31.25mol×64g/mol+49.11mol×32g/mol+366.07mol×28g/mol=13821.48≈13.82kg，
答：標(biāo)準(zhǔn)狀況下10m³原料氣的質(zhì)量為13.82kg；
（3）SO₂的轉(zhuǎn)化率為99.2%，則參加反應(yīng)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(yīng)后氣體的體積為10m³-0.3472m³=9.6528m³，
故接觸室導(dǎo)出的氣體中SO₃的體積為0.6944m³，體積分?jǐn)?shù)為×100%=7.19%，
答：接觸室導(dǎo)出的氣體中SO₃的體積分?jǐn)?shù)為7.19%；
（4）假設(shè)需要濃硫酸的質(zhì)量為mg，則濃硫酸中硫酸的質(zhì)量為mg×98g%=0.98mg，物質(zhì)的量為=0.01m mol
濃硫酸中水的質(zhì)量為mg-0.98mg=0.02mg，物質(zhì)的量為=mol，故吸收三氧化硫后生成的硫酸的物質(zhì)的量為mol，發(fā)煙硫酸中硫酸的物質(zhì)的量為0.01m mol+mol=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(zhì)的量為=3000mol，被水吸收后剩余的三氧化硫的物質(zhì)的量為3000mol-mol，
故mol×98g/mol：（3000mol-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(zhì)量為664.6kg．
點(diǎn)評：本題考查混合物的有關(guān)計(jì)算、根據(jù)方程式的有關(guān)計(jì)算，過程復(fù)雜、計(jì)算量很大，為易錯(cuò)題目，難度較大．