Номер 5, страница 149, часть 2 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

5. Почему на последней стадии триоксид серы не растворяют в воде?

При промышленном производстве серной кислоты по контактному методу на последней стадии триоксид серы ($SO_3$) не растворяют напрямую в воде из-за ряда серьезных технологических трудностей.

Решение

Прямое взаимодействие газообразного триоксида серы с водой представляет собой реакцию:

$SO_3(г) + H_2O(ж) \rightarrow H_2SO_4(ж)$

Проблема заключается в том, что эта реакция является крайне экзотермической, то есть протекает с выделением огромного количества теплоты (около 132 кДж/моль). Это приводит к следующим негативным последствиям:

1. Перегрев и образование аэрозоля. Выделившееся тепло вызывает мгновенное вскипание воды и части уже образовавшейся серной кислоты. В результате в реакционном объеме образуется густой и устойчивый "туман" – мелкодисперсный аэрозоль из мельчайших капелек серной кислоты.

2. Низкая эффективность поглощения. Поверхность этих капелек тумана очень мала по сравнению с поверхностью жидкости в поглотительной колонне. Газообразный $SO_3$ очень плохо поглощается этим туманом. В итоге значительная часть $SO_3$ не вступает в реакцию и проскакивает через абсорбер, что приводит к:

– снижению выхода конечного продукта (серной кислоты);

– загрязнению атмосферы токсичными выбросами ($SO_3$ и паров $H_2SO_4$), которые являются причиной кислотных дождей.

Поэтому в промышленности применяют более технологичный и безопасный метод. Триоксид серы поглощают 98%-ной концентрированной серной кислотой. В ней $SO_3$ растворяется очень хорошо, с умеренным выделением тепла и без образования тумана. При этом образуется так называемый олеум – раствор $SO_3$ в безводной серной кислоте (его также можно представить как пиросерную кислоту $H_2S_2O_7$).

$SO_3 + H_2SO_4(\text{конц.}) \rightarrow H_2S_2O_7(\text{олеум})$

Затем полученный олеум аккуратно разбавляют водой до получения серной кислоты требуемой концентрации.

$H_2S_2O_7 + H_2o \rightarrow 2H_2SO_4$

Этот двухступенчатый процесс обеспечивает практически полное (99.7% и выше) поглощение триоксида серы и позволяет безопасно и эффективно производить серную кислоту.

Ответ: Триоксид серы не растворяют в воде из-за того, что сильное выделение тепла в ходе реакции приводит к образованию устойчивого тумана из капелек серной кислоты. Этот туман препятствует дальнейшему полному поглощению триоксида серы, что снижает эффективность производства и приводит к вредным выбросам в атмосферу. Вместо этого $SO_3$ поглощают концентрированной серной кислотой.