Question

某硫酸廠初步處理后的尾氣中含0.2% 的SO₂和10% 的O₂(均為體積分數)。為了進一步除去SO₂,并將SO₂轉變為(NH₄)₂SO₄,有人設計了如下方案:在400℃時,尾氣以5 m³/h的速率通過V₂O₅的催化劑層后，與20 L/h速率的氨氣混合噴水。此時氣體溫度由400℃降至200℃，在熱的結晶裝置中得到(NH₄)₂SO₄晶體（氣體的體積已轉為標準狀況）。請回答下列問題：

（1）按反應中的理論值，SO₂和O₂的體積比為2:1，但實際生產中這個比值是多少？為什么？

（2）  通過計算說明為什么尾氣以5 m³/h的速率與20 L/h速率的氨氣混合？

（3）  若該廠每天排放10000 m³尾氣，求該廠每月（按30天計算）可得到(NH₄)₂SO₄的質量為多少？

Answer 1

（1）根據2SO₂+O₂ ≒  2 SO₃，SO₂和 O₂按2：1（體積比）的理論值反應，但實際上v(SO₂):v(O₂)=0.2%:10%=1:50。根據化學平衡移動原理，增大廉價的氧氣的濃度，可使反應：2SO₂(g)+O₂(g) ≒  2 SO₃(g)向生成三氧化硫方向移動，這樣可以增大較貴重的二氧化硫的轉化率。

（2）                                          2NH₃   ～     SO₂

                    2             1

V(NH₃)    5×10³×0.2%L/h  v(NH₃)=20L/h

(3) 根據2SO₂+O₂ ≒  2 SO₃，以及SO₃+H₂O+2NH₃=(NH₄)₂SO₄

得關系式：   SO₂   ～ 2NH₃～ (NH₄)₂SO₄

22.4L            132g

10⁷L×0.2%×30        m[(NH₄)₂SO₄]

m[(NH₄)₂SO₄]=3.54×10⁶g=3.54t

解析:

（1）根據2SO₂+O₂ ≒  2 SO₃，SO₂和 O₂按2：1（體積比）的理論值反應，但實際上v(SO₂):v(O₂)=0.2%:10%=1:50。根據化學平衡移動原理，增大廉價的氧氣的濃度，可使反應：2SO₂(g)+O₂(g) ≒  2 SO₃(g)向生成三氧化硫方向移動，這樣可以增大較貴重的二氧化硫的轉化率。

（3）                                          2NH₃   ～     SO₂

                    2             1

V(NH₃)    5×10³×0.2%L/h  v(NH₃)=20L/h

(3) 根據2SO₂+O₂ ≒  2 SO₃，以及SO₃+H₂O+2NH₃=(NH₄)₂SO₄

得關系式：   SO₂   ～ 2NH₃～ (NH₄)₂SO₄

22.4L            132g

10⁷L×0.2%×30        m[(NH₄)₂SO₄]

m[(NH₄)₂SO₄]=3.54×10⁶g=3.54t