Question

硫酸工业中通常将尾气转化为硫酸铵，既能防止对大气的污染，又能充分利用原料．请回答下列问题：
（1）硫酸工业尾气中SO₂、O₂的体积分数分别为0.4%和0.5%．向硫酸工业尾气中通入空气（设空气中O₂的体积分数为20.5%，且不含SO₂），使SO₂的体积分数由0.4%降为0.2%．
①通入的空气与原硫酸工业尾气的体积比为______．
②通入空气后的混合气体中O₂的体积分数为______．
（2）在400℃时，将经上述通入空气后的硫酸工业尾气以5×10³L/h的速率通过V₂O₅催化剂层后，再与NH₃混合，同时缓慢喷入冷水，此时气体温度迅速由约400℃下降为200℃，在热的结晶装置中得到（NH₄）₂SO₄晶体．
①生产中，NH₃的通过速率约为______L/h时，原子利用率最高（设SO₂的转化率为100%）．
②某硫酸厂每天排放出的尾气折算成标准状况下的体积为5×10⁵m³．按上述方法该厂每月（以30天计）最多能获得多少吨硫酸铵？

Answer 1

解：（1）①SO₂的体积分数由0.4%降为0.2%因为二氧化硫体积不变，所以总体积必须变为原来的2倍，即空气与尾气的体积比为1：1；故答案为：1：1；
②设通入空气体积与硫酸工业废气体积都为100L则含氧气的体积为：100L×0.5%+100L×20.5%=21L，则混合后氧气体积分数为：=10.5% 故答案为：10.5%；
（2）①由通入空气后的硫酸工业尾气以5×10³L/h的速率通过V₂O₅催化剂，可知通过二氧化硫的体积是5×10³L/h×0.2%=10L/h；由2SO₂+O₂2SO₃； SO₃+H₂O+2NH₃=（NH₄）₂SO₄可推出二氧化硫与氨气的分子个数比为1：2，所以体积比也是1：2，所以氨气的速率为20L/h；故答案为：20；
②由方程式可知二氧化硫与硫酸铵的分子个数比为1：1，所以
SO₂----------------------------（NH₄）₂SO₄
22.4×10^-3m3 132×10^-6吨
30×5×10⁵ m3×0.4%（正常排气未稀释） x
x≈353.57吨
即该厂每月能生产353.57吨硫酸铵．
分析：（1）①0.4%降为0.2%根据二氧化硫体积不变，所以总体积必须变为原来得2倍进行分析；
②设通入空气体积与硫酸工业废气体积都为100L进行计算；
（2）①根据两个方程式推出而二氧化硫与氨气的体积比，再根据二氧化硫的体积计算出氨气的体积；
②根据二氧化硫的体积分数计算出二氧化硫的体积，再计算出二氧化硫的质量，再计算出硫酸铵的质量．
点评：本题考查了工业制硫酸的尾气处理，解答本题容易出错的地方是通入空气后的混合气体中O₂的体积分数的计算，要设出原来尾气和空气的体积，再进行计算．