Question

9．工業(yè)制硫酸時，將SO₂轉化為SO₃是一個關鍵的步驟．

（1）某溫度，SO₂（g）+1/2O₂（g）?SO₃（g）△H=-98kJ•mol^-1．開始時在100L的密閉容器中加4.0mol SO₂（g）和10.0mol O₂（g），當達到平衡時共放出熱量196kJ，該溫度下平衡常數K=_3.33
（2）某人設想以如圖1所示裝置用電化學原理生產硫酸，寫出通入SO₂的電極的電極反應式：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺．
（3）常溫，BaSO₄的K_sp=1.08×10^-10．將等體積的BaCl₂溶液與2.0×10^-3 mol•L^-1的Na₂SO₄溶液混合．若要生成BaSO₄沉淀，BaCl₂溶液的最小濃度2.16×10^-7mol/L．
（4）將一定量的SO₂（g）和O₂（g）放入某固定體積的密閉容器中，在一定條件下，c（SO₃）的變化如下圖所示．若在第5分鐘將容器的體積縮小一半后，在第8分鐘達到新的平衡（此時SO₃的濃度為0.25mol•L^-1）．請在圖2中畫出此變化過程中SO₃（G）濃度的變化曲線．

Answer 1

分析 （1）利用三段式法計算平衡濃度，根據平衡常數表達式計算；
（2）原電池負極發(fā)生氧化反應，SO₂被氧化生成SO₄^2-；
（3）計算混合后硫酸根的濃度，根據K_sp（BaSO₄）=c（Ba²⁺）•c（SO₄^2-）計算硫酸根沉淀時溶液中c（Ba²⁺），原氯化鋇溶液為此時鋇離子濃度的2倍，注意溶液混合后各種物質的濃度降為原來的一半；
（4）在第5分鐘末將容器的體積縮小一半后，壓強增大平衡正向進行，若在第8分鐘末達到新的平衡（此時SO₃的濃度約為0.25mol/L），依據三氧化硫濃度變化，和平衡濃度畫出變化圖象．

解答 解：（1）SO₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?SO₃（g）；△H=-98kJ•mol^-1，在100L的密閉容器中加入4.0mol SO₂（g）和10.0molO₂（g），當反應達到平衡時共放出熱量196kJ，則消耗SO₂ 2mol，
SO₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?SO₃（g）；△H=-98kJ•mol^-1，
起始 4.0mol 10.0mol 0
轉化 2.0mol 1.0mol 2mol
平衡 2.0mol 9.0mol 2mol
則平衡時：c（SO₂）=0.02mol/L，c（O₂）=0.09mol/L，c（SO₃）=0.02mol/L，
所以k=$\frac{0.02}{0.02×\sqrt{0.09}}$=3.33，
故答案為：3.33；
（2）依據圖裝置分析，二氧化硫失電子發(fā)生氧化反應，二氧化硫被氧化為三氧化硫溶于水生成硫酸，電極反應為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；故答案為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；
（3）等體積混合后，c（SO₄^2-）=$\frac{1}{2}$×2.0×10^-3mol/L=1.0×10^-3mol/L，故BaSO₄沉淀所需Ba²⁺離子的最小濃度為c（Ba²⁺）=$\frac{1.08×10{\;}^{-10}}{10{\;}^{-3}}$mol/L=1.08×10^-7mol/L，故原BaCl₂溶液的濃度為2×1.08×10^-7mol/L=2.16×10^-7mol/L，
故答案為：2.16×10^-7mol/L；
（4）在第5分鐘末將容器的體積縮小一半后，壓強增大平衡正向進行，若在第8分鐘末達到新的平衡（此時SO₃的濃度約為0.25mol/L），依據三氧化硫濃度變化和平衡濃度畫出變化圖象為，故答案為：．

點評 本題考查了化學平衡常數的有關計算、影響化學平衡的因素、平衡圖象、原電池等，題目難度中等，試題是對學生綜合能力的考查，注意基礎知識的理解掌握．