Question

某化工廠以硫磺為主要原料之一生產硫酸，每小時生產98%（質量分數）的硫酸a t，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的空氣體積為__________ L。

（2）為滿足題設要求，b%的下限等于___________________。

Answer 1

解析：由硫磺轉化為硫酸的化學方程式為：

S+O₂SO₂  2SO₂+O₂2SO₃   SO₃+H₂O====H₂SO₄

（1）每小時生產純硫酸的物質的量為=a×10⁴ mol，根據S原子守恒，每小時在生產過程中產生的SO₂、SO₃都是a×10⁴ mol。由S+O₂====SO₂可知，燃燒過程中消耗的O₂為a×10⁴ mol，且反應前后氣體的總量不變。設每小時消耗空氣的體積為V L，根據反應前后O₂的量列式如下：

V×0.21=a×10⁴×22.4×10^－3+V×b%

化簡得：V= L。

（2）“b的下限”是指燃燒后剩余氧氣正好與SO₂發生催化氧化。由兩個反應方程式可知SO₂催化氧化所需的氧氣是兩步所需氧氣總和的，即b%=×21%=7%。

答案：（1）22400a/（21－b）  （2）7%