Question

在合成硫酸的生产中，采用了“接触法制硫酸”，反应过程中使SO₂与O₂在V₂O₅催化剂表面进行接触而转化为SO₃。即2SO₂+O₂2S0₃；ΔH＜0，已知在常压下反应达平衡时SO₃（此时为气态）的体积分数为91％。试分析简答以下问题：

    (1)在生产中，实际上使用过量的空气，其目的是___________________。

    (2)该反应的正反应为放热反应，但实际生产时须加热至500 ℃左右，其理由_________。

    (3)实际生产中应采用常压还是高压?__________________，其理由是________________。

Answer 1

解析：本题需迁移所学勒夏特列原理综合考虑，合理选择SO₂转化为SO₃的适宜条件。

    本题可以从以下几点进行分析：

    (1)当增大某一反应物浓度时，会导致化学平衡向正反应方向移动，从而提高另一种反应物的转化率；

    (2)工业生产或化学实验中，常常需要加热，对放热反应也不例外，这个问题应从温度与反应速率的关系，以及催化剂的活性温度两个方面去综合考虑；

    (3)压强应从生产的实际需要，对平衡移动的影响，反应物的转化率，以及生产设备承压能力、动力系统的要求等多方面去综合考虑。

答案：(1)因为反应为2SO₂+O₂2SO₃，所以增大O₂的浓度，导致平衡正向移动，使成本较高的原料气SO₂得到充分利用，提高了SO₂的转化率

    (2)因为反应为2SO₂+O₂2SO₃；ΔH＜0，正反应为放热反应，虽然低温有利于反应正向进行，但反应速率太慢。因而从提高反应速率的要求应使反应在加热的条件下进行，同时V₂O₅催化剂的活性温度为500 ℃左右。在500 ℃?左右既可以加快反应速率，缩短达到平衡所需要的时间，又可以使催化剂得以发挥最大作用

    (3)常压  因为φ(SO₃)=91％，所以选择常压生产即有较大的转化率了，不必要采用高压，高压对生产设备、动力系统、生产安全等方面要求高、难度大，成本高，因而不适宜