Question

解釋下列現(xiàn)象并作答：

（1）硫在純O₂中燃燒，產(chǎn)物中含2%～3%的SO₃，而硫在空氣中燃燒，產(chǎn)物中有5%～6%的SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃。

（2）工業(yè)上制HNO₃中有一步驟是將NO氧化為NO₂，但不需在該步驟中另外加入O₂，試推斷該步驟應(yīng)采取的措施是什么。

Answer 1

解析：（1）硫的燃燒首先生成SO₂，該步驟是不可逆的。SO₂繼續(xù)被O₂氧化是一個(gè)可逆反應(yīng)，SO₂在足夠的O₂中轉(zhuǎn)化率應(yīng)十分高，這一點(diǎn)可以從工業(yè)上采用釩觸媒催化，氧化轉(zhuǎn)化率達(dá)到96%以上，而催化劑不改變平衡得知。題中并沒有指出是否是平衡狀態(tài)時(shí)SO₃的體積分?jǐn)?shù)，但有一點(diǎn)是可以肯定的：測(cè)定時(shí)如果是非平衡態(tài)，則應(yīng)是等時(shí)間測(cè)兩種情況下SO₃的含量，如果是平衡態(tài)則不考慮速率因素。反應(yīng)都在封閉體系中進(jìn)行，對(duì)于等時(shí)測(cè)定的非平衡態(tài)，在純氧中進(jìn)行的反應(yīng)無論是硫的燃燒還是SO₂的轉(zhuǎn)化，速率都要比在空氣中進(jìn)行的反應(yīng)快。因此單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量也比在空氣中的要大，溫度要高，因?yàn)榉磻?yīng)均是放熱反應(yīng)。速度快、O₂濃度大有利于SO₂轉(zhuǎn)化，溫度高不利于SO₂轉(zhuǎn)化，從題中結(jié)論看出溫度是主要因素。對(duì)于平衡態(tài)下的測(cè)定，SO₂在轉(zhuǎn)化時(shí)，純氧中O₂的濃度比空氣中O₂的濃度大，有利于SO₂轉(zhuǎn)化，那么要符合題中結(jié)論只能是測(cè)定時(shí)在純氧中進(jìn)行的反應(yīng)體系溫度較高的緣故，也就是因其達(dá)到平衡時(shí)間較短，其熱量與環(huán)境之間交換、傳遞的減少值比在空氣中進(jìn)行的反應(yīng)熱量減少值要小。

上述分析過程正是從整體上全面討論了速率、平衡、體系狀態(tài)對(duì)SO₃含量的影響。

（2）工業(yè)制HNO₃的第一步是將NH₃和大量空氣混合，在鉑銠合金網(wǎng)催化下生成NO，反應(yīng)式為4NH₃+5O₂4NO+6H₂O題設(shè)問題實(shí)質(zhì)上是說明過量空氣為什么不在該步驟中將產(chǎn)物NO氧化為NO₂�？紤]到2NO+O₂====2NO₂要發(fā)生逆向反應(yīng)的條件是較高溫度，且氨催化氧化劇烈放熱，因此推斷可能是第一步驟中體系溫度已經(jīng)超過了NO₂的分解溫度。事實(shí)上第一步驟體系溫度高達(dá)1100 K，而NO₂明顯分解的溫度只需423 K。故第二步驟的主要措施應(yīng)是急劇冷卻（若不急劇冷卻，NO也會(huì)分解）。

答案：（1）硫燃燒生成的SO₂，有一部分被O₂氧化為SO₃，因該可逆反應(yīng)是放熱反應(yīng)，故在空氣中比在純O₂中散熱快，使其轉(zhuǎn)化較易。

（2）在NH₃的催化氧化中已跟大量空氣混合。又因該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，生成的NO不會(huì)與O₂反應(yīng)生成NO₂，故欲使NO與O₂反應(yīng)，需要急劇冷卻。