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制取產品。某工廠生產硫酸時，進入接觸室的原料氣成分為SO₂7%、O₂ 11%、N₂ 82%（體積分數）。
（1）計算標準狀況下10 m³原料氣中的SO₂物質的量______________mol。
（2）計算標準狀況下1 0m³原料氣的質量      千克。
（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     。
（4）若接觸室導出的氣體中含6．72％（體積分數）的SO₃。把出口氣體送進吸收塔，用
98．3%的硫酸吸收，可得到“發煙H₂SO₄”（H₂SO₄和SO₃的混合物，其中含質量分數為20％的SO₃）。計算吸收1000 m³出口氣體（已折算為標準狀況）所需要的98．3%的硫酸的質量     千克。

Answer 1

（1）31．25（2分）
（2）13．82Kg（4分）
（3）7．19%（4分）
（4）665Kg（6分）

試題分析：（1）原料氣中SO₂的體積分數為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故答案為：31．25；
（2）原料氣中O₂的體積分數為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原料氣中N₂的體積分數為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，體積分數為
答：接觸室導出的氣體中SO₃的體積分數為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，物質的量為濃硫酸中水的質量為mg-0．98mg=0．02mg，物質的量為故吸收三氧化硫后生成的硫酸的物質的量為發煙硫酸中硫酸的物質的量為0．01m mol+1000m³出口氣體中三氧化硫的體積為1000m³×6．72%=67．2m³=67200L，SO₃的物質的量為被水吸收后剩余的三氧化硫的物質的量為3000mol-
故,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．