Question

4．（1）二氧化硫的催化氧化的过程如图1所示，

其中a、c二步的化学方程式可表示为：SO₂+V₂O₅?SO₃+V₂O₄ 4VOSO₄+O₂?2V₂O₅+4SO₃．该反应的催化剂是V₂O₅（写化学式）
（2）压强及温度对SO₂转化率的影响如下表（原料气各成分的体积分数为：SO₂ 7%，O₂ 11%，N₂ 82%）：

压强/MPa 温度/℃	0.1	0.5	1	10
400	99.2%	99.6%	99.7%	99.9%
500	93.5%	96.9%	97.8%	99.3%
600	73.7%	85.8%	89.5%	96.4%

当合成SO₃的反应达到平衡后，改变某一外界条件（不改变SO₂、O₂和SO₃的量），反应速率与时间的关系如图2所示．图中t₁时引起平衡移动的条件可能是增大压强其中表示平衡混合物中SO₃的含量最高的一段时间是t₂-t₃．
（3）550℃时，SO₂转化为SO₃的平衡转化率（α）与体系总压强（p）的关系如右图3所示．将2.0mol SO₂和1.0mol O₂置于5 L密闭容器中，反应达平衡后，体系总压强为0.10M Pa．试计算反应2SO₃?2SO₂+O₂ 在550℃时的平衡常数K=2.5×10^-3．
反应达平衡后，下列措施中能使n（SO₃）/n（SO₂）增大的是CD
A．升高温度                      B．充入He（g），使体系总压强增大
C．再充入2mol SO₂和1mol O₂       D．再充入1mol SO₂和1mol O₂
（4）SO₃溶于水得到硫酸．在25°C下，将x mol•L^-1的氨水与y mol•L^-1的硫酸等体积混合，反应后溶液中显中性，则c（NH₄⁺）=2c（SO₄^2-）（填“＞”、“＜”或“=”）；用含x和y的代数式表示出氨水的电离平衡常数$\frac{2×1{0}^{-7}y}{x-2y}$．

Answer 1

分析 （1）二步的化学方程式可表示为：SO₂+V₂O₅?SO₃+V₂O₄，4VOSO₄+O₂?2V₂O₅+4SO₃，过程分析可知催化剂室改变反应速率参与反应过程，但化学性质和质量不变；
（2）根据图象分析影响平衡的因素；
（3）根据化学平衡计算的三段式进行计算，压强之比等于物质的量之比，依据平衡常数概念计算；依据条件改变和化学平衡移动方向分析判断选项；
（4）将x mol•L^-1的氨水与ymol•L^-1的硫酸等体积混合，反应后溶液显中性，根据电荷守恒，溶液中c（OH^-）=1×10^-7mol/L，根据K=$\frac{c（N{H}_{4}^{+}）×c（O{H}^{-}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$计算．

解答 解：（1）依据图1中的转化关系和化学方程式分析，V₂O₅参与反应先做氧化剂把二氧化硫氧化为三氧化硫，本身被还原为图中产物V₂O₄；根据氧化还原反应的实质写出并配平a步化学方程式SO₂+V₂O₅?SO₃+V₂O₄；C是VOSO₄转化为SO₃，此过程需要重新生成催化剂V₂O₅，故答案为：V₂O₅；
（2）2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），反应是放热反应，反应前后气体体积减小，依据反应速率与时间的关系图象分析，t₁时正逆反应速率都增大，平衡正向移动，引起平衡移动的条件可能是增大压强；由于t3时逆反应速率大于正反应速率，平衡向逆反应方向移动，所以平衡混合物中SO₃的含量最高的一段时间是t₂-t₃，故答案为：增大压强；t₂-t₃；
（3）体系总压强为0.10M Pa，此时二氧化硫的转化率为80%
             2SO₂ +O₂ $\frac{\underline{催化剂}}{△}$ 2SO₃
起始量（mol）  2      1          0
变化量 （mol）2×0.8  0.8     2×0.8
平衡量 （mol） 0.4   0.2        1.6
平衡时各物质的浓度为：[SO₂]=0.08mol/L，[O₂]=0.04mol/L，[SO₃]=0.32mol/L 代入平衡常数的计算式得到
平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）c（{O}_{2}）}$=$\frac{0.3{2}^{2}}{0.0{8}^{2}×0.04}$=400 L•mol^-1，
则反应2SO₃?2SO₂+O₂ 在550℃时的平衡常数K=$\frac{1}{400}$=2.5×10^-3 ；
2SO₂+O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$2SO₃，反应是气体体积减小的放热反应，依据平衡移动原理分析；
A．升高温度，平衡逆向进行，n（SO₃）/n（SO₂）比值减小，故A不符合；      
B．充入He（g），使体系总压强增大，分压不变，平衡不动，n（SO₃）/n（SO₂）比值不变，故B不符合；
C．再充入2mol SO₂和1mol O₂，相当于增大压强平衡正向进行，n（SO₃）/n（SO₂）比值增大，故C符合；
D．再充入1mol SO₂和1mol O₂，二氧化硫转化率增大，n（SO₃）/n（SO₂）比值增大，故D符合；
故答案为：2.5×10^-3；CD；
（4）溶液呈中性，c（H⁺）=c（OH^-），电荷守恒得：c（NH₄⁺）+c（H⁺）=2c（SO₄^2-）+c（OH^-），所以c（NH₄⁺）=2c（SO₄^2-），将x mol•L^-1的氨水与ymol•L^-1的硫酸等体积混合，反应后溶液显中性，溶液中c（OH^-）=1×10^-7mol/L，
溶液中c（NH₄⁺）=2c（SO₄^2-）=ymol/L，混合后反应前c（NH₃•H₂O）=$\frac{x}{2}$mol/L，则反应后c（NH₃•H₂O）=（$\frac{x}{2}$-y）mol/L，
则K=$\frac{c（N{H}_{4}^{+}）×c（O{H}^{-}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$=$\frac{y×1×1{0}^{-7}}{\frac{x}{2}-y}$=$\frac{2×1{0}^{-7}y}{x-2y}$，故答案为：=；$\frac{2×1{0}^{-7}y}{x-2y}$．

点评 本题考查化学平衡的影响因素，催化剂作用分析，平衡常数计算应用，题目难度不大，注意计较两容器的不同状态，从压强对平衡移动的影响角度分析．