Question

13．SO₂的催化氧化是工業(yè)上生產(chǎn)硫酸的關(guān)鍵步驟．
已知：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196kj•mol^-1，回答下列問(wèn)題：
（1）某溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{10}{3}$，若在此溫度下，向100L的恒容密閉容器中，充入3.0molSO₂（g）、16.0molO₂（g）和3.0molSO₃（g），則反應(yīng)開(kāi)始時(shí)v（正）＜v（逆）（填“＜”“＞”或“=”）．
（2）一定溫度下，向一帶活塞的體積為2L的密閉容器中充入2.0molSO₂和1.0molO₂，達(dá)到平衡后體積變?yōu)?.6L，則SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率為60%．
（3）在（2）中的反應(yīng)達(dá)到平衡后，改變下列條件，能使SO₂（g）平衡濃度比原來(lái)減小的是A．
A．保持溫度和容器體積不變，充入1.0 mol O₂
B．保持溫度和容器內(nèi)壓強(qiáng)不變，充入1.0 mol SO₃
C．降低溫度
D．移動(dòng)活塞壓縮氣體
（4）若以如圖所示裝置，用電化學(xué)原理生產(chǎn)硫酸，寫(xiě)出通入SO₂電極的電極反應(yīng)式：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺．
（5）為穩(wěn)定持續(xù)生產(chǎn)，硫酸溶液的濃度應(yīng)維持不變，則通入SO₂和水的質(zhì)量比為16：29．

Answer 1

分析 （1）計(jì)算此時(shí)濃度商Qc，若Qc=K，處于平衡狀態(tài)，若Qc＜K，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，若Qc＞K，反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行，進(jìn)而判斷v（正）、v（逆）相對(duì)大��；
（2）恒溫恒壓下，壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，計(jì)算平衡時(shí)混合氣體總物質(zhì)的量，再利用差量法計(jì)算轉(zhuǎn)化的二氧化硫物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算二氧化硫轉(zhuǎn)化率；
（3）A．保持溫度和容器體積不變，充入1.0 mol O₂，平衡正向移動(dòng)，；
B．保持溫度和容器內(nèi)壓強(qiáng)不變，充入1.0 mol SO₃，與原平衡為等效平衡，平衡時(shí)相同組分的濃度相等；
C．降低溫度，平衡正向移動(dòng)，平衡常數(shù)增大，容器的容積減小，三氧化硫的濃度增大，由于體系中二氧化硫與氧氣的濃度之比為2：1，故二者濃度增大；
D．移動(dòng)活塞壓縮氣體，壓強(qiáng)增大，平衡正向移動(dòng)，三氧化硫濃度增大，平衡常數(shù)不變，二氧化硫與氧氣濃度均增大；
（4）用電化學(xué)原理生產(chǎn)硫酸，氣體隔膜不能使氣體通過(guò)，右側(cè)通入氧氣，發(fā)生還原反應(yīng)，左側(cè)發(fā)生氧化反應(yīng)，SO₂電極上SO₂失去電子氧化生成硫酸；
（5）原溶液為50%硫酸，則溶液中n（H₂SO₄）：n（H₂O）=$\frac{1}{98}$：$\frac{1}{18}$=9：49，結(jié)合電池總反應(yīng)方程式為：2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄計(jì)算．

解答 解：（1）此時(shí)濃度商Qc=$\frac{0.0{3}^{2}}{0.0{3}^{2}×0.06}$=$\frac{50}{3}$＞K=$\frac{10}{3}$，反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行，則v（正）＜v（逆），
故答案為：＜；
（2）恒溫恒壓下，壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，則平衡后混合氣體物質(zhì)的量為（2+1）mol×$\frac{1.6L}{2L}$=2.4mol，則：
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△n
2                         1
1.2mol                  3mol-2.4mol=0.6mol
則SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率為$\frac{1.2mol}{2mol}$×100%=60%，
故答案為：60%；
（3）A．保持溫度和容器體積不變，充入1.0 mol O₂，平衡正向移動(dòng)，SO₂（g）平衡濃度比原來(lái)減小，故A正確；
B．保持溫度和容器內(nèi)壓強(qiáng)不變，充入1.0 mol SO₃，與原平衡為等效平衡，SO₂（g）平衡濃度與原來(lái)相等，故B錯(cuò)誤；
C．降低溫度，平衡正向移動(dòng)，平衡常數(shù)增大，容器的容積減小，三氧化硫的濃度增大，由于體系中二氧化硫與氧氣的濃度之比為2：1，故二者濃度增大，故SO₂（g）平衡濃度比原來(lái)增大，故C錯(cuò)誤；
D．移動(dòng)活塞壓縮氣體，壓強(qiáng)增大，平衡正向移動(dòng)，三氧化硫濃度增大，平衡常數(shù)不變，二氧化硫與氧氣濃度均增大，故D錯(cuò)誤，
故選：A；
（4）用電化學(xué)原理生產(chǎn)硫酸，氣體隔膜不能使氣體通過(guò)，右側(cè)通入氧氣，發(fā)生還原反應(yīng)，左側(cè)發(fā)生氧化反應(yīng)，SO₂電極上SO₂失去電子氧化生成硫酸，電極反應(yīng)式為：SO₂失去電子氧化生成硫酸，SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；
（5）原溶液為50%硫酸，則溶液中n（H₂SO₄）：n（H₂O）=$\frac{1}{98}$：$\frac{1}{18}$=9：49，
2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄
9mol    9mol  9mol
故通入SO₂和水的質(zhì)量比為9mol×64g/mol：（9mol+49mol）×18g/mol=16：29，
故答案為：16：29．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、平衡常數(shù)應(yīng)用、電化學(xué)原理及有關(guān)計(jì)算等，（3）中C選項(xiàng)為易錯(cuò)點(diǎn)，學(xué)生容易考慮平衡移動(dòng)，忽略體積變化，（5）中注意加入的水部分參加反應(yīng)，利用總反應(yīng)式進(jìn)行計(jì)算，難度中等．