Question

接触法制硫酸是先把SO₂催化氧化成SO₃，然后用浓硫酸吸收得到的SO₃制取产品．某工厂生产硫酸时，进入接触室的原料气成分为SO₂7%、O₂ 11%、N₂82%（体积分数）．
（1）计算标准状况下10m³原料气中的SO₂物质的量______mol．
（2）计算标准状况下10m³原料气的质量．______
（3）若SO₂的转化率为99.2%，计算接触室导出的气体中SO₃的体积分数．______
（4）若接触室导出的气体中含6.72%（体积分数）的SO₃．把出口气体送进吸收塔，用98%的硫酸吸收，可得到“发烟H₂SO₄”（H₂SO₄和SO₃的混合物，其中含质量分数为20%的SO₃）．计算吸收1000m³出口气体（已折算为标准状况）所需要的98%的硫酸的质量．______．

Answer 1

【答案】分析：（1）根据二氧化硫的体积分数计算其体积，再根据n=计算SO₂的物质的量；
（2）根据体积分数计算各原料中各组分的体积，再根据n=计算各组分的物质的量，根据m=nM计算；
（3）计算参加反应的二氧化硫的体积，根据差量法计算混合气体的体积减少、生成的三氧化硫的体积，进而计算反应后混合气体是体积，根据体积分数定义计算；
（4）假设需要浓硫酸的质量为mg，用m表示浓硫酸中硫酸、水的质量，进而计算二者物质的量，根据水的物质的量计算吸收三氧化硫后生成的硫酸的物质的量，根据三氧化硫的体积分数计算1000m³出口气体中三氧化硫的体积，再根据n=计算SO₃的物质的量，进而计算吸收后剩余的三氧化硫的物质的量，根据发烟硫酸中H₂SO₄和SO₃的质量关系列方程计算．
解答：解：（1）原料气中SO₂的体积分数为7%，故10m³原料气中的SO₂的体积为10m³×7%=0.7m³=700L，故标准状况下二氧化硫的物质的量为=31.25mol，
故答案为：31.25；
（2）原料气中O₂的体积分数为11%，故10m³原料气中的O₂的体积为10m³×11%=1.1m³=1100L，故标准状况下氧气的物质的量为=49.11mol，
原料气中N₂的体积分数为82%，故10m³原料气中的N₂的体积为10m³×82%=8.2m³=8200L，故标准状况下氮气的物质的量为=366.07mol，
故标准状况下10m³原料气的质量为：31.25mol×64g/mol+49.11mol×32g/mol+366.07mol×28g/mol=13821.48≈13.82kg，
答：标准状况下10m³原料气的质量为13.82kg；
（3）SO₂的转化率为99.2%，则参加反应的二氧化硫的体积为10m³×7%×99.2%=0.6944m³，则：
  2SO₂+O₂=2SO₃        体积减少△V
 2         2             1
0.6944m³   0.6944m³   0.3472m³
故反应后气体的体积为10m³-0.3472m³=9.6528m³，
故接触室导出的气体中SO₃的体积为0.6944m³，体积分数为×100%=7.19%，
答：接触室导出的气体中SO₃的体积分数为7.19%；
（4）假设需要浓硫酸的质量为mg，则浓硫酸中硫酸的质量为mg×98g%=0.98mg，物质的量为=0.01m mol
浓硫酸中水的质量为mg-0.98mg=0.02mg，物质的量为=mol，故吸收三氧化硫后生成的硫酸的物质的量为mol，发烟硫酸中硫酸的物质的量为0.01m mol+mol=mol，
1000m³出口气体中三氧化硫的体积为1000m³×6.72%=67.2m³=67200L，SO₃的物质的量为=3000mol，被水吸收后剩余的三氧化硫的物质的量为3000mol-mol，
故mol×98g/mol：（3000mol-mol）×80g/mol=（1-20%）：20%，解得m=664615g=664.6kg，
答：吸收1000m³出口气体所需要的98%的硫酸的质量为664.6kg．
点评：本题考查混合物的有关计算、根据方程式的有关计算，过程复杂、计算量很大，为易错题目，难度较大．