Question

为了除去工业废气中的SO₂，防止造成环境污染，现查得一份将SO₂转化为（NH₄）₂SO₄的资料．摘要如下：
“一个典型实验：初步处理后的废气中含0.2%的SO₂和10%的O₂（体积含量），在400℃时废气以5m³/h的速率通过V₂O₅催化剂层与20L/h速率的NH₃混合，再喷水，此时气体温度由400℃降至200℃，在热的结晶装置中得到（NH₄）₂SO₄晶体．”（气体体积均已折算为标准状况）仔细阅读上文，回答下列问题：
（1）按反应中的理论值，SO₂和O₂的物质的量之比为2：1，该资料中这个比值是多少？为什么？
（2）通过计算说明为什么废气以5m³/h的速率与20L/h速率的NH₃混合？
（3）若某厂每天排放10000m³这种废气，按上述方法该厂每月（按30天计算）可得（NH₄）₂SO₄多少吨？消耗NH₃多少吨？

Answer 1

（1）废气中含SO₂：0.2%，O₂：10%（体积分数），则相当于体积比2：100，即1：50，根据化学平衡移动原理，过量的O₂可以提高SO₂的转化率，采用这样比值增大O₂的浓度，提高了SO₂的转化率，答：这个比值是1：50；过量的O₂可以提高SO₂的转化率；
（2）废气中每小时排放SO₂为：1000 L/m³×5 m³/h×0.2%=10 L/h，氨气与SO₂气体的速度比值为：v（NH₃）：v（SO₂）=2：1，则NH₃与SO₂完全转化为（NH₄）₂SO₄，
答：v（NH₃）：v（SO₂）=2：1时，SO₂可全部转化为（NH₄）₂SO₄；
（3）此题涉及的反应有：2SO₂+O₂?2SO₃…①，2NH₃+SO₃+H₂O=（NH₄）₂SO₄…②，①、②两式联立，可得SO₂～SO₃～2NH₃～（NH₄）₂SO₄可知废气中SO₂与NH₃按1：2通入，所以每天排放10000m³这种废气，可以获得硫酸铵的量：m〔（NH₄）₂SO₄〕=

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22.4

×（30×10000×10³×0.2%）×132×10^-6≈3.54（t），消耗NH₃的质量：m（NH₃）=n（NH₃）×M（NH₃）=2 n（SO₂）×M（NH₃）=（30×10000×10³×0.2%）×2×17×10^-6/22.4=0.91（t），答：该厂每月（按30天计算）可得3.54t硫酸铵，0.91tNH₃．