硫酸是一种重要的基本化工产品。接触法制硫酸生产中的关键工序是SO 2的催化氧化:SO 2(g)
O 2(g)
SO 3(g)△H=﹣98kJ•mol ﹣ 1.回答下列问题:
(1)钒催化剂参与反应的能量变化如图(a)所示,V 2O 5(s)与SO 2(g)反应生成VOSO 4(s)和V 2O 4(s)的热化学方程式为: 。
(2)当SO 2(g)、O 2(g)和N 2(g)起始的物质的量分数分别为7.5%、10.5%和82%时,在0.5MPa、2.5MPa和5.0MPa压强下,SO 2平衡转化率α随温度的变化如图(b)所示。反应在5.0MPa、550℃时的α= ,判断的依据是 。影响α的因素有 。
(3)将组成(物质的量分数)为2m% SO 2(g)、m% O 2(g)和q% N 2(g)的气体通入反应器,在温度t、压强p条件下进行反应。平衡时,若SO 2转化率为α,则SO 3压强为 ,平衡常数K p= (以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。
(4)研究表明,SO 2催化氧化的反应速率方程为:v=k( 1) 0.8(1﹣nα′)式中:k为反应速率常数,随温度t升高而增大;α为SO 2平衡转化率,α′为某时刻SO 2转化率,n为常数。在α′=0.90时,将一系列温度下的k、α值代入上述速率方程,得到v~t曲线,如图(c)所示。
曲线上v最大值所对应温度称为该α′下反应的最适宜温度t m.t<t m时,v逐渐提高;t>t m后,v逐渐下降。原因是 。