Question

【題目】某化工廠每小時生產a 噸98%（質量分數）硫酸。為使硫充分燃燒，且在下一步催化氧化時不再補充空氣，要求燃燒后的混合氣體中含氧氣的體積分數為b%。若空氣中氧氣的體積分數為21%，且不考慮各生產階段的物料損失，則

(1)該廠每小時消耗標準狀況下空氣的體積為___________m3。

(2)為滿足題設要求，b%的下限等于___________。

Answer 1

【答案】 7%

【解析】

根據S+O2=SO2反應前后氣體體積不變，求出燃燒后O2的體積。

（1）每小時生產的純硫酸為(a×106g×98%)÷98g/mol=a×104mol。生產過程中生成的SO2和SO3也都是a×104mol。設每小時消耗空氣的體積為V，則由S+O2=SO2消耗O2的體積等于生成的SO2體積，即燃燒前空氣的體積等于燃燒后混合氣體的體積，據此可得以下關系：空氣中O2的體積=反應中消耗的O2的體積+燃燒后混合氣體中O2的體積，即V×21%=a×104mol×22.4L·mol－1×10-3m3·L－1+V×b%，V= m3。

（2）“b的下限”，其含義是指燃燒后剩余的O2在第二步催化氧化時恰好完全反應，也就是說，燃燒前空氣中的氧（空氣體積的21%）恰好滿足兩步反應。因S+O2=SO2和O2+2SO2=2SO3兩步反應耗O2之比為2:1，故燃燒后（第一步反應后）混合氣體中O2的體積分數的下限是b%= ×21%=7%。