Question

工业上生产硫酸时，利用催化氧化反应将SO₂ 转化为SO₃是一个关键步骤。压强及温度对SO₂转化率的影响如下表（原料气各成分的体积分数为：SO₂ 7%  O₂ 11%   N₂ 82%）；

（1）已知SO₂的氧化是放热反应，如何利用表中数据推断此结论？                          ；

（2）在大400~500℃时，SO₂的催化氧化采用常压而不是高压，主要原因是：                ；

（3）选择适宜的催化剂，是否可以提高SO₂的转化率？     （填“是”或“否”），是否可以增大该反应所放出的热量？     （填“是”或“否”）；

（4）为提高SO₃吸收率，实际生产中用      吸收SO₃；

（5）已知：2SO₂（g)＋O₂（g)＝2SO₃（g)；△H＝－196.9kJ·mol^－1，计算每生产1万吨98%硫酸所需要的SO₃质量和由SO₂生产这些SO₃所放出的热量。

Answer

（1）压强一定时，温度升高时，SO2转化率下降,说明升温有利逆反应的进行，所以正反应为放热反应。

（2）增大压强对提高SO2转化率无显著影响，反而会增加成本。

（3）否 ； 否 ；（4）浓硫酸； （5）8.0×103t 9.83×109kJ。

【解析】

试题分析：（1）根据表格中的数据可以看出，在相同压强下（如在0.1MPa下）升高温度（如由400℃升高到500℃）时SO2的转化率降低（由99.2%降低为93.5%），即升高温度时，化学平衡向逆反应方向移动，根据平衡移动原理：升高温度化学平衡应该向吸热反应方向移动，所以该反应的正反应为放热反应。（2）根据表格中的数据可以得知：在0.1MPa（即常压1atm下）SO2的转化率已经很高，如在400℃时已达99.2%，若增大压强到10MPa（即100atm），压强增大了100倍，但是SO2的转化率值增大为99.9%，只增大了0.7%，变化不大。而且压强增大100倍，需要对设备的材料、动力、能源等都作相应的提高，既要增大成本投入，不经济。

（3）使用催化剂只能改变化学反应的速率，改变反应到达平衡的时间，由于对正反应、逆反应的速率影响因素相同，所以化学平衡不发生移动，故对SO2的转化率不产生影响；在一定条件下，化学反应放出的热量与参加反应的反应物的量成正比，因SO2的转化率不变，所以反应放出的热量也不会增大。

（4）从理论上讲SO3被水吸收产生硫酸，但是若用水进行吸收会形成酸雾，将影响SO3的吸收速率和效率。在生产实际中是采用98.3%的浓硫酸作吸收剂来吸收SO3的。

（5）1万吨98%的硫酸含H2SO4的质量：m（H2SO4)=9.8×109g。设需要SO3的质量为x，该反应产生的热量为y。

H2SO4 ～ SO3 ～ 放出的热量

98g 80g 196.9kJ

9.8×109g x y

则，解得x=8.0×103t y=9.83×109kJ。

考点：考查温度、压强对化学反应速率、化学平衡移动的影响及化工生产操作及物质转化率的计算的知识。