Номер 5, страница 40, часть 2 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

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

Решение

На последней стадии промышленного производства серной кислоты (контактным способом) триоксид серы ($SO_3$) не растворяют непосредственно в воде. Этот технологический прием обусловлен тем, что реакция взаимодействия триоксида серы с водой является чрезвычайно экзотермической, то есть протекает с выделением очень большого количества тепла:

$SO_3 (\text{г}) + H_2o (\text{ж}) \rightarrow H_2SO_4 (\text{ж}) + Q$

Из-за высокой температуры, которая возникает в точке контакта газообразного $SO_3$ с водой, происходит локальное вскипание и испарение, как воды, так и образующейся серной кислоты. В результате этого формируется не жидкая кислота, а устойчивый мелкодисперсный туман (аэрозоль) из мельчайших капелек серной кислоты. Образование такого тумана крайне нежелательно по нескольким причинам. Во-первых, он очень трудно конденсируется, что ведет к значительным потерям продукта и снижению общего выхода серной кислоты. Во-вторых, выброс сернокислотного тумана в атмосферу является серьезной экологической проблемой, так как он вызывает кислотные дожди. В-третьих, этот аэрозоль обладает высокой коррозионной активностью и быстро разрушает технологическое оборудование.

Чтобы избежать этих проблем, в промышленности применяют другой метод. Газообразный $SO_3$ поглощают не водой, а концентрированной (98-99%) серной кислотой. В ней триоксид серы растворяется очень хорошо, без образования тумана, с образованием олеума — раствора $SO_3$ в $H_2SO_4$.

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

Этот процесс также экзотермичен, но тепло выделяется более плавно и легко отводится. Затем полученный олеум осторожно разбавляют необходимым количеством воды до получения серной кислоты требуемой концентрации.

$H_2S_2O_7 + H_2o \rightarrow 2H_2SO_4$

Этот двухстадийный метод позволяет вести процесс контролируемо, безопасно и с практически полным поглощением $SO_3$.

Ответ: Триоксид серы не растворяют непосредственно в воде из-за сильной экзотермичности реакции, которая приводит к образованию трудноулавливаемого тумана (аэрозоля) серной кислоты. Этот туман вызывает потери продукта, загрязняет атмосферу и разрушает оборудование. Вместо этого триоксид серы поглощают концентрированной серной кислотой с получением олеума, который затем разбавляют водой.