题目内容
工业制硫酸生产流程如图所示，请回答下列有关问题：
（1）早期造气时用黄铁矿（主要成分为FeS2）为原料，同时生成一种红棕色固体，此反应的化学方程式是 ；但现在工厂生产硫酸用硫磺为原料，其原因是 ．
（2）已知298K时，2SO2（g）+O2（g）?2SO3（g）△H=-197kJ?mol-1，在相同温度下，向固定体积的密闭容器中通入2mol SO2和1mol O2，达到平衡时放出热量Q1；向另一个相同体积的密闭容器中通入1mol SO2和0.5mol O2，达到平衡时放出热量为Q2．则下列关系中正确的是 （填编号）．
A． Q2＞
B．Q2=
C．Q2＜Q1＜197kJ D．Q2=Q1=197kJ
（3）下列描述能说明上述（2）中反应已达到平衡的是 （填编号）．
A．vE（O2）=2v逆（SO3）
B．容器内气体的平均相对分子质量不随时间而变化
C．容器内气体的密度不随时间而变化
D．容器内气体的分子总数不随时间而变化
（4）某温度下，在容积为VL的容器中加入2n mol SO2和 n mol O2，反应10min达平衡时O2的转化率为a．若此温度下（2）中反应的平衡常数为K，则K= （用含V、n、a代数式表示，下同），用SO2表示的平均反应速率为 ．
（5）精制炉气（含SO2的体积分数为7%、O2为11%、N2为82%）中SO2平衡转化率与温度及压强关系如图所示．在实际生产中，SO2催化氧化反应的条件选择0.1MPa、450℃左右（对应图中A点），而没有选择SO2转化率更高的B点对应的反应条件，其原因是 ．
（1）早期造气时用黄铁矿（主要成分为FeS2）为原料，同时生成一种红棕色固体，此反应的化学方程式是
（2）已知298K时，2SO2（g）+O2（g）?2SO3（g）△H=-197kJ?mol-1，在相同温度下，向固定体积的密闭容器中通入2mol SO2和1mol O2，达到平衡时放出热量Q1；向另一个相同体积的密闭容器中通入1mol SO2和0.5mol O2，达到平衡时放出热量为Q2．则下列关系中正确的是
A． Q2＞
| Q1 |
| 2 |
| Q1 |
| 2 |
（3）下列描述能说明上述（2）中反应已达到平衡的是
A．vE（O2）=2v逆（SO3）
B．容器内气体的平均相对分子质量不随时间而变化
C．容器内气体的密度不随时间而变化
D．容器内气体的分子总数不随时间而变化
（4）某温度下，在容积为VL的容器中加入2n mol SO2和 n mol O2，反应10min达平衡时O2的转化率为a．若此温度下（2）中反应的平衡常数为K，则K=
（5）精制炉气（含SO2的体积分数为7%、O2为11%、N2为82%）中SO2平衡转化率与温度及压强关系如图所示．在实际生产中，SO2催化氧化反应的条件选择0.1MPa、450℃左右（对应图中A点），而没有选择SO2转化率更高的B点对应的反应条件，其原因是
考点：工业制取硫酸,化学平衡状态的判断,化学平衡的计算
专题：化学平衡专题,氧族元素
分析：原料气SO2经净化干燥，在催化反应室，被氧气氧化生成SO3，在吸收塔98.3%硫酸吸收SO3生成发烟硫酸，经稀释生成硫酸进入储存室．
根据题干条件结合工业制硫酸的步骤和原理进行分析判断和计算；
（1）主要是掌握硫铁矿的成分和化学式的书写；
（2）根据可逆反应分析热量变化；
（3）从速率和化学平衡角度分析平衡状态；
（4）根据三段式分析平衡常数表达式及反应速率；
（5）根据压强对设备的影响分析；
根据题干条件结合工业制硫酸的步骤和原理进行分析判断和计算；
（1）主要是掌握硫铁矿的成分和化学式的书写；
（2）根据可逆反应分析热量变化；
（3）从速率和化学平衡角度分析平衡状态；
（4）根据三段式分析平衡常数表达式及反应速率；
（5）根据压强对设备的影响分析；
解答：
解：原料气SO2经净化干燥，在催化反应室，被氧气氧化生成SO3，在吸收塔98.3%硫酸吸收SO3生成发烟硫酸，经稀释生成硫酸进入储存室．
（1）黄铁矿主要含有FeS2，利用FeS2和氧气反应制取二氧化硫气体；缺点是黄铁矿为原料的生产中产生的废弃物太多，处理成本高；
故答案为：4FeS2+11O2
2Fe2O3+8SO2；黄铁矿为原料的生产中产生的废弃物太多，处理成本高；
（2）因为是可逆反应，2SO2（g）+O2（g）?2SO3（g）△H=-197kJ?mol-1，在相同温度下，向固定体积的密闭容器中通入2mol SO2和1mol O2，放出的热量Q1小于197kJ；1mol SO2和0.5mol O2，达到平衡时放出热量为Q2小于Q1；
故答案为：C；
（3）A．2vE（O2）=v逆（SO3），才能说明反应达到平衡，A错误；
B．容器内气体的平均相对分子质量一直增大，当不随时间而变化，反应达到平衡，B正确；
C．容器内气体的密度自始至终不随时间而变化，不能判断反应是否平衡，C错误；
D．容器内气体的分子总数逐渐减小，当不随时间而变化，反应达到平衡，D正确
故选BD；
（4）根据题意：2SO2（g）+O2（g）?2SO3（g）
初始（mol） 2n n 0
转化（mol） 2na na 2na
平衡（mol） 2n-2na n-na 2na
此温度下该反应的平衡常数为K=
=
；
用SO2表示的平均反应速率V（SO2）=
=
mol?L-1?min-1；
故答案为：
；
mol?L-1?min-1；
（5）在实际生产中，SO2催化氧化反应的条件选择0.1MPa、450℃左右（对应图中A点），而没有选择SO2转化率更高、压强更高的B点对应的反应条件，因为压强越大对设备的投资越大，但再提高压强，SO2的转化率提高很小，得不偿失；
故答案为：因为压强越大对设备的投资越大，但再提高压强，SO2的转化率提高很小．
（1）黄铁矿主要含有FeS2，利用FeS2和氧气反应制取二氧化硫气体；缺点是黄铁矿为原料的生产中产生的废弃物太多，处理成本高；
故答案为：4FeS2+11O2
| ||
（2）因为是可逆反应，2SO2（g）+O2（g）?2SO3（g）△H=-197kJ?mol-1，在相同温度下，向固定体积的密闭容器中通入2mol SO2和1mol O2，放出的热量Q1小于197kJ；1mol SO2和0.5mol O2，达到平衡时放出热量为Q2小于Q1；
故答案为：C；
（3）A．2vE（O2）=v逆（SO3），才能说明反应达到平衡，A错误；
B．容器内气体的平均相对分子质量一直增大，当不随时间而变化，反应达到平衡，B正确；
C．容器内气体的密度自始至终不随时间而变化，不能判断反应是否平衡，C错误；
D．容器内气体的分子总数逐渐减小，当不随时间而变化，反应达到平衡，D正确
故选BD；
（4）根据题意：2SO2（g）+O2（g）?2SO3（g）
初始（mol） 2n n 0
转化（mol） 2na na 2na
平衡（mol） 2n-2na n-na 2na
此温度下该反应的平衡常数为K=
(
| ||||
(
|
| a2V |
| n(1-a)3 |
用SO2表示的平均反应速率V（SO2）=
| 2namol |
| VL?10min |
| na |
| 5V |
故答案为：
| a2V |
| n(1-a)3 |
| na |
| 5V |
（5）在实际生产中，SO2催化氧化反应的条件选择0.1MPa、450℃左右（对应图中A点），而没有选择SO2转化率更高、压强更高的B点对应的反应条件，因为压强越大对设备的投资越大，但再提高压强，SO2的转化率提高很小，得不偿失；
故答案为：因为压强越大对设备的投资越大，但再提高压强，SO2的转化率提高很小．
点评：本题考查了工业制硫酸的原理、原料的成分和含量计算、工艺流程中的主要问题问题，重点考查了化学平衡的影响因素、平衡计算等知识．
练习册系列答案
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