Question

2．硫酸工業(yè)用SO₂制取SO₃的反應為：2SO₂+O₂ $?_{加熱}^{催化劑}$2SO₃  將2molSO₂2mol O₂加入容積為5L的帶有活塞的密閉器中，在一定條件下達到平衡．不同溫度下，反應的平衡常數(shù)如右表，且在溫度為T₁、T₂時，平衡體系中SO₂的體積分數(shù)隨壓強變化曲線如圖1所示．

（1）比較K值的大小，K₁＜K₂（填＞、=、＜）．
（2）下列說法正確的是CD
A．A、C兩點的正反應速率：A＞C   
B．A、C兩點SO₂氣體的濃度：A＞C
C．B、C兩點的氣體的平均相對分子質量：B=C  
D．由狀態(tài)D到狀態(tài)C，可以用加熱的方法
（3）在500℃時，若保持容積不變，每隔一定時間就對該容器內的物質進行分析，得到如下表的部分數(shù)據(jù)：

時間（s）	0	20	40	60	80
n（SO2）/mol	2.00		0.60
n（SO3）/mol	0.00	0.80		1.8	1.8

①在上述條件下，從反應開始直至60s時，二氧化硫的平均反應速率為0.0006mol•（L•s）^-1．
②該條件下反應的平衡常數(shù)K的值為368.2（精確到小數(shù)點后一位）．
（4）工業(yè)上用Na₂SO₃吸收尾氣中的SO₂使之轉化為NaHSO₃，再用圖2裝置電解（惰性電極）NaHSO₃制取H₂SO₄，該電解池陰極的總電極反應式2HSO₃^-+2e^-═SO₃^2-+H₂↑，陽極室除生成硫酸外，還有少量的SO₂ 和O₂生成．則陽極發(fā)生的副反應的電極反應式為2SO₃^2-+4e^-═2SO₂↑+O₂↑，該工藝中可循環(huán)利用的物質是Na₂SO₃、H₂SO₄、SO₂（填化學式）．

Answer 1

分析 圖1：壓強一定時，平衡時A點二氧化硫的體積分數(shù)大于B點，正反應為放熱反應，升高溫度平衡向逆反應移動，二氧化硫的含量增大，故溫度T₁＞T₂；
（1）正反應為放熱反應，升高溫度平衡向逆反應移動，平衡常數(shù)減小；
A．A、C兩點都在等溫線上，壓強越大，反應速率越快；
B．增大壓強平衡向正反應進行，向正反應進行是減小由于壓強增大導致濃度增大趨勢，但到達平衡仍比原平衡濃度大；
C．B、C兩點二氧化硫的體積分數(shù)相同，而平衡時二氧化硫物質的量相同、混合氣體總物質的量相同，混合氣體總質量不變；
D．壓強相同，由狀態(tài)D到狀態(tài)C，溫度升高，化學平衡逆向移動，SO₂的體積分數(shù)增大；
（3）反應達到60s時三氧化硫的物質的量不再變化，反應達到化學平衡狀態(tài)，利用三段式計算各組成的物質的量變化量、平衡時的物質的量；
①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算；
②平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）×c（{O}_{2}）}$，代入數(shù)據(jù)計算；
（4）電解NaHSO₃溶液制取H₂SO₄，陰極是水電離氫離子放電生成氫氣，得到的氫氧根離子與亞硫酸氫根離子反應得到亞硫酸根；
陽極發(fā)生副反應得到SO₂ 和O₂，應是亞硫酸根失去電子生成SO₂ 和O₂；由吸收二氧化硫過程及電解裝置圖，可知Na₂SO₃、H₂SO₄、SO₂可以循環(huán)利用．

解答 解：圖1：壓強一定時，平衡時A點二氧化硫的體積分數(shù)大于B點，正反應為放熱反應，升高溫度平衡向逆反應移動，二氧化硫的含量升高，故溫度T₁＞T₂；
（1）正反應為放熱反應，升高溫度平衡向逆反應移動，平衡常數(shù)減小，即K₁＜K₂，故答案為：＜；
（2）A．A、C兩點都在等溫線上，A點壓強小于C點的壓強，壓強越大，反應速率越大，則正反應速率：A＜C，故A錯誤；
B．增大壓強平衡向正反應進行，向正反應進行是減小由于壓強增大導致濃度增大趨勢，但到達平衡仍比原平衡濃度大，故A、C兩點SO₂氣體的濃度：A＜C，故B錯誤；
C．B、C兩點二氧化硫的體積分數(shù)相同，而平衡時二氧化硫物質的量相同、混合氣體總物質的量相同，混合氣體總質量不變，故平均相對分子質量相等，故C正確；
D．壓強相同，由狀態(tài)D到狀態(tài)C，溫度升高，化學平衡逆向移動，SO₂的體積分數(shù)增大，圖象與實際相符合，故D正確，
故選：CD；
（3）反應達到60s時三氧化硫的物質的量不再變化，反應達到化學平衡狀態(tài)，
           2SO₂（g）+O₂ （g）?2SO₃ （g）
開始（mol）：2        2       0
轉化（mol）：1.8      0.9     1.8     
平衡（mol）：0.2     1.1     1.8
①從反應開始直至60s時，二氧化硫的平均反應速率為 $\frac{\frac{1.8mol}{5L}}{60s}$=0.006mol•（L•s）^-1，
故答案為：0.006；
②平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）×c（{O}_{2}）}$=$\frac{（\frac{1.8}{5}）^{2}}{（\frac{0.2}{5}）^{2}×\frac{1.1}{5}}$=368.2，
故答案為：358.2；
（4）電解NaHSO₃溶液制取H₂SO₄，陰極是水電離氫離子放電生成氫氣，得到的氫氧根離子與亞硫酸氫根離子反應得到亞硫酸根，陰極的總電極反應式為：2HSO₃^-+2e^-═SO₃^2-+H₂↑；
陽極發(fā)生副反應得到SO₂ 和O₂，應是亞硫酸根失去電子生成SO₂ 和O₂，陽極發(fā)生的副反應的電極反應式為：2SO₃^2-+4e^-═2SO₂↑+O₂↑；
由吸收二氧化硫過程及電解裝置圖，可知Na₂SO₃、H₂SO₄、SO₂可以循環(huán)利用，
故答案為：2HSO₃^-+2e^-═SO₃^2-+H₂↑；2SO₃^2-+4e^-═2SO₂↑+O₂↑；Na₂SO₃、H₂SO₄、SO₂．

點評 本題屬于拼合型題目，涉及化學平衡移動圖象、平衡常數(shù)影響因素及計算、化學反應速率計算、電解原理，需要學生具備扎實的基礎與分析解決問題的能力，難度較大．