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6％。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_____________m³。

(2)為滿足題設要求，b％的下限等于______________。

Answer 1

解析：(1)由硫磺轉化為硫酸的化學方程式為：

    S+O₂SO₂

    2SO₂+O₂2SO₃

    SO₃+H₂O====H₂SO₄

    氧氣和硫酸之間的質和量的關系為(不計原料損失)：

    設每小時消耗的空氣在標準狀況下的體積為V。

         2/3O₂          —        H₂SO₄

2/3×22.4×10³ cm³           98 t

    21％·V                       98％·a t

    經計算得：V=1600a m³

    (2)由S(s)+O₂(g)SO₂(g)，可知在同溫、同壓下，硫磺燃燒前后氣體體積不變。?a t 98％的濃硫酸中H₂SO₄的物質的量為a×10 kmol,則硫磺燃燒生成的SO₂的物質的量也為a×10 kmol。

    根據O₂體積守恒，列代數方程：

    1600a m³×21%=1600a m³×b%+a×a×10 kmol×22.4 m³·（kmol）^-1

    化簡得：b%=7%

答案：(1)1600a  (2)7%