Question

(9分)工业上以黄铁矿为原料生产硫酸，其中重要的一步是催化氧化(生产中保持恒温恒容条件)：2SO₂(g)＋O₂(g)2SO₃(g) △H＝－196.6 kJ·mol^－1
(1)生产中为提高反应速率和SO₂的转化率，下列措施可行的是            。
A．向装置中充入O₂             B．升高温度
C．向装置中充入N₂             D．向装置中充入过量的SO₂
(2)恒温恒压，通入3mol SO₂和2mol O₂ 及固体催化剂，平衡时容器内气体体积为起始时的90%。保持同一反应温度，在相同容器中，将起始物质的量改为 5mol SO₂(g)、3.5 mol O₂(g)、1mol SO₃(g)，下列说法正确的是         
A．第一次平衡时反应放出的热量为294.9kJ 
B．两次平衡SO₂的转化率相等
C．两次平衡时的O₂体积分数相等          
D．第二次平衡时SO₃的体积分数等于2/9
(3)500 ℃时将10 mol SO₂和5.0 mol O₂置于体积为1Ｌ的恒容密闭容器中，SO₂转化为SO₃的平衡转化率为0.95。则500℃时的平衡常数K=          。
(4)550 ℃，A、B表示不同压强下的平衡转化率(如图)，通常工业生产中采用常压的原因是          ，
并比较不同压强下的平衡常数：K(0.10 MPa)    K(1.0 MPa)。

Answer 1

(1)A(2分)    (2)CD(2分)    (3)1.444x10³(2分)   常压下400～500°C，SO₂转化率已经很高了，加压必须增大投资以解决增加设备和提供能量问题(2分)    =(1分)

试题分析：（1）充入氧气，则增大氧气的浓度，所以既能增大反应速率，也能提高SO₂的转化率，A正确；正反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，转化率降低，B不正确；向装置中充入N₂，压强增大，但浓度不变，平衡不移动，C不正确；向装置中充入过量的SO₂，反应速率增大，但SO₂的转化率降低，D不正确，答案选A。
（2）设第一次平衡时生成SO₃是x，则消耗SO₂和氧气的物质的量分别是x和0.5x，因此剩余SO₂和氧气的物质的量分别是（3mol-x）、（2mol-0.5x）。所以有，解得x=1mol。因此放出的热量是196.6 kJ·mol^－1×0.5mol=98.3kJ，A不正确；SO₃的体积分数是。根据方程式可知，5mol SO₂(g)、3.5 mol O₂(g)、1mol SO₃(g)相当于是6mol SO₂(g)、4 mol O₂(g)。由于是保持恒温恒压的，因此平衡是等效的，所以平衡时SO₃的物质的量是2mol，即反应中消耗1molSO₂，因此选项B不正确，C和D都是正确的，答案选CD。
（3）                2SO₂(g)＋O₂(g)2SO₃(g)
起始浓度（mol/L）    10      5        0
转化浓度（mol/L）     9.5     4.75      9.5
平衡浓度（mol/L）     0.5     0.25      9.5
所以该稳定性平衡常数K=
（4）根据图像可知，由于常压下400～500°C，SO₂转化率已经很高了，加压转化率提高的幅度不大，但加压必须增大投资以解决增加设备和提供能量问题，显然是互经济的。平衡常数只与温度有关系，所以改变压强，平衡常数是不变的。
点评：该题的难点在于等效平衡的判断上。所谓等效平衡是指外界条件相同时，同一可逆反应只要起始浓度相当，无论经过何种途径，都可以达到相同的平衡状态。等效平衡的判断及处理一般步骤是：进行等效转化——边倒法，即按照反应方程式的计量数之比转化到同一边的量，与题干所给起始投料情况比较。等效平衡一般有三种类型：I类：恒温恒容下对于反应前后气体体积发生变化的反应来说（即△n≠0的体系）：等效转化后，对应各物质起始投料的物质的量与原平衡起始态相同。II类：恒温恒容下对于反应前后气体体积没有变化的反应来说（即△n＝0的体系）：等效转化后，只要反应物（或生成物）的物质的量的比例与原平衡起始态相同，两平衡等效。III类：恒温恒压下对于气体体系等效转化后，要反应物（或生成物）的物质的量的比例与原平衡起始态相同，两平衡等效。解答该类型试题的关键是分清类别，用相应的方法求解即可。