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某化工厂以硫磺为主要原料之一生产硫酸,每小时生产98%(质量分数)的硫酸a t,为使硫充分燃烧,且在下一步催化氧化时不再补充空气,要求燃烧后的混合气体中含氧气的体积分数为b%。若空气中氧气的体积分数为21%,且不考虑各生产阶段的物料损失,则:

(1)该厂每小时消耗标准状况下的空气体积为__________ L。

(2)为满足题设要求,b%的下限等于___________________。

答案

解析:由硫磺转化为硫酸的化学方程式为:

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

(1)每小时生产纯硫酸的物质的量为=a×104 mol,根据S原子守恒,每小时在生产过程中产生的SO2、SO3都是a×104 mol。由S+O2====SO2可知,燃烧过程中消耗的O2a×104 mol,且反应前后气体的总量不变。设每小时消耗空气的体积为V L,根据反应前后O2的量列式如下:

V×0.21=a×104×22.4×103+V×b%

化简得:V= L。

(2)“b的下限”是指燃烧后剩余氧气正好与SO2发生催化氧化。由两个反应方程式可知SO2催化氧化所需的氧气是两步所需氧气总和的,即b%=×21%=7%。

答案:(1)22400a/(21-b)  (2)7%

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