Question

某工厂处理SO₂废气时，采用将SO₂转化为硫酸铵的方法。经该厂初步处理后的废气中，氧气的体积分数为10%，SO₂的体积分数是0.2%。使该废气在400 ℃时以5 m³·h^－1的速率通过催化剂层，与速率为20 L·h^－1的氨气混合，再喷水，使之发生反应：2NH₃+H₂SO₄====   （NH₄）₂SO₄，将得到的溶液在结晶装置中处理，可得硫酸铵晶体。将气体都折合为标准状况下，以进行下面的计算：

（1）该工厂为什么将废气以5 m³/h的速率与速率为20 L·h^－1的氨气混合为最佳配比（用计算说明）？

（2）该厂若每天排放10000 m³的这种废气，按上述方法，该厂每月（按30天计算）可得到硫酸铵多少吨？消耗氨气多少立方米？

Answer 1

解析：以每小时排放SO₂的物质的量与每小时需NH₃的物质的量，找出它们的比，与化学方程式里反应物的化学计量数的比对照，找到工厂采用题给配比的原因。后一问按每月排放SO₂的体积代入化学方程式，求得需NH₃的体积和生成（NH₄）₂SO₄的质量。

（1）每小时排出的废气中，SO₂的体积为：5×0.2%=5×2×10^－3m³，即10 L。

按题意，每小时送入氨的体积为20 L，所以，NH₃与SO₂的体积之比或物质的量之比均为2∶1，恰与反应的化学方程式中反应物的化学计量数之比为2∶1一致：2SO₂+O₂====2SO₃，2NH₃+SO₃+H₂O====（NH₄）₂SO₄。

（2）每月排放的废气中SO₂的体积为：

1×10⁴ L×30×0.2%×10³=6×10⁵ L

可制得（NH₄）₂SO₄的质量，根据关系式：

2NH₃～SO₂～（NH₄）₂SO₄

（NH₄）₂SO₄的质量为×=3.5357 t。

消耗NH₃的体积为6×10⁵ L×=1.2×10³ m³。

答案：（1）2∶1  （2）3.5357 t  1.2×10³ m³