Абсорбция триоксида серы

3. Абсорбция триоксида серы

Последняя стадия производства серной кислоты контактным способом – абсорбция SO₃ из газовой смеси и превращение его в серную кислоту.

nSO₃ + H₂O = H₂SO₄ + (n-1)SO₃ + Q (3)

если n > 1, то получается олеум (раствор SO₃ в H₂SO₄)

если n = 1 , то получается моногидрат (98,3% H₂SO₄)

если n < 1, то получается разбавленная серная кислота

При выборе абсорбента и условий проведения стадии абсорбции необходимо обеспечить почти 100%-ное извлечение SO₃ из газовой фазы. В качестве абсорбента нельзя использовать такие растворы, над поверхностью которых велико парциальное давление паров воды. В этом случае еще не растворенные молекулы SO₃ будут реагировать с молекулами воды в газовой фазе с образованием паров серной кислоты и быстро конденсироваться в объеме с образованием мельчайших капель серной кислоты, диспергированных в инертной газовой среде, т.е. с образованием сернокислотного тумана:

SO_3(г) + H₂O_(г) ®H₂SO_4(г) ® H₂SO_{4(туман)} ; Q > 0

Туман плохо улавливается в обычной абсорбционной аппаратуре и в основном уносится с отходящими газами в атмосферу. Оптимальным абсорбентом является 98,3%-ная серная кислота (моногидрат). Действительно, над этой кислотой практически нет ни паров воды, ни паров SO₃. Протекающий при этом процесс можно условно описать уравнением реакции:

SO₃ + nH₂SO₄ + H₂O = (n+1) H₂SO₄

Для обеспечения высокой степени поглощения следует поддерживать в абсорбере концентрацию серной кислоты, близкую к 98,3%, а температуру ниже 100°С. Однако в процессе абсорбции SO₃ происходит закрепление кислоты и в силу экзотермичности реакции увеличивается температура. Поэтому абсорбцию ведут так, чтобы концентрация H₂SO₄ при однократном прохождении абсорбера повышалась только на 1-1,5%, закрепившуюся серную кислоту разбавляют в сборнике до 98,3%, охлаждают в наружном холодильнике и вновь подают на абсорбцию, обеспечивая циркуляцию (рис. 2) [7 - 12].

 

Глава 3. Тесты и задачи прикладного характера

 

3.1 Тесты типа «А»

1. Равновесие реакции 2Н₂S (г.) + 3О₂ (г.) = 2Н₂О (г.) + 2SO₂ (г.) при повышении давления смещается:

а) вправо; +

б) влево;

в) давление не влияет на равновесие.

2. Вещество, ускоряющее ход реакции, но при этом не расходующееся:

а) ингибитор;

б) катализатор; +

в) индикатор.

3. Повышение температуры в реакции 2Н₂ + О₂ = 2Н₂О + Q кДж сказывается следующим образом:

а) не оказывает влияния;

б) смещает равновесие вправо;

в) смещает равновесие влево. +

4. Натрий энергичнее реагирует с водой, чем железо, поскольку:

а) натрий – газообразный элемент;

б) натрий – катализатор этой реакции;

в) натрий – ингибитор этой реакции;

г) натрий – щелочной металл. +

5. Реакцию, протекающую с поглощением тепла, называют:

экзотермической; 3) реакцией разложения;

реакцией соединения; 4) эндотермической. +

6. Реакцию, уравнение которой 2H₂O + 2Na = 2NaOH + H₂­ + Q, относят к реакциям:

замещения, экзотермическим; +

разложения, экзотермическим;

присоединения, эндотермическим;

обмена, эндотермическим.

7. Реакцию, уравнение которой 3H₂+N₂ Û 2NH₃ + Q, относят к реакциям:

1) обратимым, экзотермическим; +

2) необратимым, экзотермическим;

3) обратимым, эндотермическим;

4) необратимым, эндотермическим.

8. В ходе химических реакций тепловая энергия реакционной системы:

не изменяется;

поглощается;

выделяется;

может поглощаться или выделяться. +

9. С наибольшей скоростью при комнатной температуре протекает реакция взаимодействия:

углерода с кислородом;

железа с раствором уксусной кислоты;

железа с соляной кислотой;

растворов гидроксида натрия и серной кислоты. +

10. Какое из перечисленных условий не повлияет на смещение равновесия в системе: 2SO₂ + O₂ Û 2SО₃ + Q?

введение катализатора; +

повышение давления;

повышение концентрации кислорода;

повышение температуры

11 – 12. Реакция, сопровождающаяся 11. выделением теплоты 12. поглощением теплоты называется

обратимой 3) прямой

эндотермической (12+) 4) экзотермической (11+)

13. При протекании химической реакции теплота

поглощается или выделяется +

обязательно поглощается

обязательно выделяется

условие недостаточно для однозначного ответа

14 - 15. Скорость реакции А_(г) + В_(г) ® ... увеличивается при

14. 1) понижении концентрации А

повышении концентрации В +

охлаждении

понижении давления

15. 1) нагревании 3) добавлении инертного газа

2) повышение давления + 4) охлаждении

16. Состояние химического равновесия характеризуется

изменением химической природы продуктов

постоянством концентраций веществ +

повышением температуры

понижением давления

17. Состояние химического равновесия означает, что

все реагенты исчезли, полностью образовались продукты

все реагенты сохранились, полностью образовались продукты

часть реагентов исчезла, частично образовались продукты +

часть реагентов исчезла, но продукты не образовались

18. Способ, смещающий равновесие реакции CО_2(r) + 2SО_3(г) Û CS_2(г) + 4О_2(г) – Q вправо (®), — это

увеличение концентрации О₂

увеличение концентрации CS₂

повышение температуры +

повышение давления

19. Способ, смещающий равновесие реакции 2NH_3(г) + 3CuO_(T) Û 3Cu_(T) + N_2(г) + 3Н₂О_(ж) + Q вправо (®), — это

увеличение концентрации азота

повышение температуры

понижение давления

повышение давления +

20. Способ, смещающий равновесие гомогенной реакции 2SO₂ + О₂ Û 2SO₃ вправо (®), — это

уменьшение концентрации SO₂

уменьшение концентрации кислорода

уменьшение концентрации продукта +

понижение давления

21. Способ, смещающий равновесие гомогенной реакции РСl₃ + Сl₂ Û РС1₅ влево (¬), — это

уменьшение концентрации продукта

увеличение концентрации хлора

уменьшение концентрации хлора +

увеличение концентрации РС1₃

22. При повышении давления равновесие реакции S_(T) + 2HI Û I₂ + H₂ сместится вправо 3) не сместится +

сместится влево 4) не знаю

23. При понижении давления равновесие реакции СO₂ + Н₂ Û СО + Н₂O_(Ж)

сместится влево + 3) не сместится

сместится вправо 4) не знаю

24. При охлаждении равновесие реакции Н₂ + S Û H₂S + Q

сместится влево  3) не сместится

сместится вправо + 4) не знаю

25. При нагревании равновесие реакции N₂ + O₂ Û 2NO – Q

сместится вправо + 3) не сместится

сместится влево 4) не знаю

26. Равновесие в гетерогенной системе СаО_(т) + СО_2(г) Û СаСО_3(т) + Q

сместится влево (¬) при

добавлении СаО 3) сжатии

добавлении СаСО₃ + 4) нагревании +

27. Скорость прямой реакции N₂ + 3H₂ Û 2NH₃ + Q возрастает при:

1) увеличении концентрации азота; +

2) уменьшении концентрации азота;

3) увеличение концентрации аммиака;

4) уменьшение концентрации аммиака; +

28. При повышении температуры равновесие эндотермической химической реакции смещается в сторону:

1) продуктов реакции; +

2) исходных веществ;

3) эндотермической реакции;

4) экзотермической реакции. +

29. Какой из факторов не оказывает влияния на скорость химической реакции в растворах:

1) концентрация веществ;

2) использование катализатора;

3) использование индикатора; +

4) объем реакционного сосуда. +

30. Для увеличения выхода аммиака по уравнению реакции N₂ + 3H₂ Û 2NH₃ + Q необходимо одновременно:

1) повысить температуру, понизить давление;

2) повысить давление, понизить температуру; +

3) повысить давление и температуру;

4) понизить давление и температуру.

31. Скорость химической реакции между металлом и серой не зависит от:

1) температуры;

2) площади поверхности соприкосновения веществ;

3) давления; +

4) природы металла.

32. С наименьшей скоростью протекает реакция между:

1) железным гвоздем и 4%-ным раствором CuSO₄; +

2) железной стружкой и 4%-ным раствором CuSO₄;

3) железным гвоздем и 10%-ным раствором CuSO₄;

2) железной стружкой и 10%-ным раствором CuSO₄;

33. Химическое равновесие в системе СО_2(г) + С_(т) Û 2СО_(г) – 173 кДж смещается в сторону продукта реакции при:

1) повышении давления;

2) повышении температуры; +

3) понижении температуры;

4) использовании катализаторов. [13 – 15]

 

3.2 Тесты типа «В»

1. Скорость химической реакции характеризует:

изменение количеств веществ за единицу времени в единице объема или единице площади; +

время, за которое заканчивается химическая реакция;

число структурных единиц вещества, вступивших в химическую реакцию;

движение молекул или ионов реагирующих веществ относительно друг друга.

2. Скорость химической реакции между медью и азотной кислотой зависит от:

массы меди;

объема кислоты;

концентрации кислоты; +

объема колбы.

3. Скорость химической реакции между цинком и кислотой зависит от:

понижения давления;

природы кислоты; +

повышения давления;

присутствия индикатора.

4. При увеличении температуры на 30 °С скорость реакции возрастает в 8 раз. Чему равен температурный коэффициент реакции?

1) 8; 2) 2; + 3) 3; 4) 4.

5. С большей скоростью идет взаимодействие соляной кислоты с:

1) Сu; 2) Fe; 3) Mg; 4) Zn. +

6. Скорость химической реакции горения угля в кислороде уменьшается при:

увеличении концентрации кислорода;

повышении температуры;

понижении температуры; +

повышении давления.

7. Молекулы оксида азота (IV) (бурого цвета) могут в определенных условиях димеризоваться, образовав бесцветную жидкость N₂O₄: 2NO₂ Û N₂O₄ + 55 кДж/моль.

Чтобы оксид азота (IV) максимально перевести в бесцветный димер, необходимо систему:

охладить; +

нагреть;

подвергнуть облучению солнечным светом;

выдерживать при комнатной температуре длительное время.

8. Химическое равновесие в системе C₄H_10(г) Û C₄H_8(г) + H_2(г) – Q

можно сместить в сторону продуктов реакции:

повышением температуры и повышением давления;

повышением температуры и понижением давления; +

понижением температуры и повышением давления;

понижением температуры и понижением давления.

9 – 12. Процесс

9. 2РС1₃ = 2Р + 3С1₂ - Q

11. NH₄C1 = NH₃ = НС1 + Q

4Cr + 3O₂ = 2Cr₂0₃ + Q

12. C + 2S = CS₂ – Q

называется

эндотермической реакцией соединения (12+)

экзотермической реакцией разложения (11+)

экзотермической реакцией соединения (10+)

эндотермической реакцией разложения (9+)

13 - 16. Процесс

13. С + СuО = СО + Сu – Q

14. Na₂S + H₂O = NaHS + NaOH – Q

15. CdO + H₂S = CdS + H₂O + Q

16. 2KI + C1₂ = I₂¯ + 2KC1 + Q

называется

экзотермической реакцией замещения (15+)

экзотермической реакцией обмена (14+)

эндотермической реакцией замещения (12+)

эндотермической реакцией обмена (13+)

17. Скорость реакции 2Н₂O₂ ® 2Н₂O + О₂­ будет выше, если использовать

3% -и раствор Н₂О₂ и катализатор

30% -и раствор Н₂О₂ и катализатор +

3% -и раствор Н₂О₂ без катализатора

30%-и раствор Н₂О₂ без катализатора

18. Скорость реакции Мn + кислота ® соль + Н₂­ будет выше при использовании

кислоты НСl и охлаждения

кислоты HF и нагревания +

кислоты НСl и нагревания

кислоты HF и охлаждения