题目内容

18．硫酸是基础化工的重要产品，硫酸的消费量可作为衡量一个国家工业发展水平的标志．生产硫酸的主要反应为：SO2（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）SO3（g）
（1）恒温恒容下，平衡体系中SO3的体积分数[ϕ（SO3）]和y与SO2、O2的物质的量之比$\frac{n（S{O}_{2}）}{n（{O}_{2}）}$的关系如图1：

则b点$\frac{n（S{O}_{2}）}{n（{O}_{2}）}$=2；y为D（填编号）．
A．平衡常数   B．SO3的平衡产率    C．O2的平衡转化率      D．SO2的平衡转化率．
（2）Kp是以各气体平衡分压代替浓度平衡常数Kc中各气体的浓度的平衡常数．在400～650℃时，Kp与温度（T/K）的关系为lgKp=-4.6455，则在此条件下SO2转化为SO3反应的△H＜0（填“＞0”或“＜0”）．
（3）①该反应的催化剂为V2O5，其催化反应过程为：
SO2+V2O5?SO3+V2O4K1 $\frac{1}{2}$O2+V2O4?V2O5K2
则在相同温度下2SO2（g）+O2（g）2SO3（g）的平衡常数K=（K1×K2）2（以含K1、K2的代数式表示）．
②V2O5加快反应速率的原因是降低反应的活化能，活化分子百分数增大，有效碰撞几率提高，其催化活性与温度的关系如图2：
（4）在7.0% SO2、11% O2、82% N2时，SO2平衡转化率与温度、压强的关系如图3：
则460℃、1.0atm下，SO2（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）SO3（g）的Kp=113$at{m}^{\frac{1}{2}}$ （各气体的分压=总压×各气体的体积分数）．（已知：=0.28）
（5）压强通常采用常压的原因是常压下SO2的平衡转化率已经很大，再增大压强，对设备要求较高，综合第（3）、（4）题图给信息，工业生产最适宜的温度范围400℃-500℃，你认为最主要的原因是C．
A．原料转化率最大     B．已达到反应装置所能承受的最高温度    C．催化剂的活性最高．

分析 （1）当二氧化硫的量与氧气的物质的量之比等于系数之比时三氧化硫的体积分数最大；图2表示随着二氧化硫量的增加而逐渐减小的量；
（2）根据lgKp=$\frac{4905.5}{T}$-4.6455知，升高温度平衡常数减小，说明平衡逆向移动；
（3）①将方程式2（①+②）得2SO2（g）+O2（g）?2SO3（g），据此计算化学平衡常数；
②催化剂通过降低反应的活化能，活化分子百分数增大，有效碰撞几率提高，从而增大反应速率；
（4）混合气体中7.0% SO2、11% O2、82% N2，假设有混合气体100mol，则二氧化硫为7mol、氧气11mol、氮气82mol，460℃、1.0atm下二氧化硫转化率为97%，则参加反应的n（SO2）=7mol×97%=6.79mol，
剩余的n（SO2）=7mol×3%=0.21mol，
剩余的n（O2）=11mol-$\frac{1}{2}$×6.79mol=7.605mol，生成的三氧化硫物质的量=6.79mol，反应后混合气体总物质的量=0.21mol+7.605mol+6.79mol+82mol=96.605mol，
反应前后物质的量之比等于其压强之比，
则反应后压强=$\frac{0.21mol+7.605mol+6.79mol+82mol}{100mol}$×1atm=0.9579atm，
二氧化硫的分压=$\frac{0.21mol}{96.605mol}$×0.9579atm，
氧气分压=$\frac{7.605mol}{96.605mol}$×0.9579atm，
三氧化硫分压=$\frac{6.79mol}{96.605mol}$×0.9579atm，
化学平衡常数Kp=$\frac{P（S{O}_{3}）}{P（S{O}_{2}）×\sqrt{P（{O}_{2}）}}$；
（5）根据工业生产既要考虑转化率又要考虑反应速率还要考虑对设备的要求等，据此分析．

解答 解：（1）当二氧化硫的量与氧气的物质的量之比等于系数之比时三氧化硫的体积分数最大，b点三氧化硫体积分数最大，此点处n（SO2）/n（O2）=2：1；
由图象可知，n（SO2）/n（O2）越大，y值越小，
A．平衡常数仅与温度有关，所以n（SO2）/n（O2）变化，平衡常数不变，不符合图象，故错误；
B．n（SO2）/n（O2）越大，二氧化硫物质的量越大，则SO3的平衡产率越大，不符合图象，故错误；
C．n（SO2）/n（O2）越大，二氧化硫物质的量越大，则O2的转化率越大，不符合图象，故错误；
D．n（SO2）/n（O2）越大，二氧化硫物质的量越大，则SO2的平衡转化率越小，符合图象，故正确；
故答案为：2；D；
（2）根据lgKp=$\frac{4905.5}{T}$-4.6455知，升高温度平衡常数减小，说明平衡逆向移动，正反应是放热反应，焓变小于0，
故答案为：＜0；
（3）①将方程式2（①+②）得2SO2（g）+O2（g）?2SO3（g），方程式相加平衡常数相乘，方程式扩大2倍，平衡常数变为原来的平方，所以该反应化学平衡常数K等于（K1×K2）2，故答案为：（K1×K2）2；
②催化剂通过降低反应的活化能，活化分子百分数增大，有效碰撞几率提高，从而增大反应速率，
故答案为：降低反应的活化能，活化分子百分数增大，有效碰撞几率提高；
（4）混合气体中7.0% SO2、11% O2、82% N2，假设有混合气体100mol，则二氧化硫为7mol、氧气11mol、氮气82mol，460℃、1.0atm下二氧化硫转化率为97%，则参加反应的n（SO2）=7mol×97%=6.79mol，
剩余的n（SO2）=7mol×3%=0.21mol，
剩余的n（O2）=11mol-$\frac{1}{2}$×6.79mol=7.605mol，生成的三氧化硫物质的量=6.79mol，反应后混合气体总物质的量=0.21mol+7.605mol+6.79mol+82mol=96.605mol，
反应前后物质的量之比等于其压强之比，
则反应后压强=$\frac{0.21mol+7.605mol+6.79mol+82mol}{100mol}$×1atm=0.9579atm，
二氧化硫的分压=$\frac{0.21mol}{96.605mol}$×0.9579atm，
氧气分压=$\frac{7.605mol}{96.605mol}$×0.9579atm，
三氧化硫分压=$\frac{6.79mol}{96.605mol}$×0.9579atm，
化学平衡常数Kp=$\frac{P（S{O}_{3}）}{P（S{O}_{2}）×\sqrt{P（{O}_{2}）}}$=$\frac{\frac{6.79mol}{96.605mol}×0.9579atm}{\frac{0.21mol}{96.605mol}×0.9579atm×\sqrt{\frac{7.605mol}{96.605mol}×0.9579atm}}$=113$at{m}^{\frac{1}{2}}$，
故答案为：113$at{m}^{\frac{1}{2}}$；
（5）根据图知，在400～500℃时二氧化硫转化率较大，反应速率快，所以工业生产最适宜的温度范围为400～500℃，又常压下SO2的平衡转化率已经很大，再增大压强，对设备要求较高，工业生产最适宜的温度范围400℃-500℃，此时催化剂的活性最高，
故答案为：常压下SO2的平衡转化率已经很大，再增大压强，对设备要求较高，C．

点评 本题考查化学平衡计算、图象分析，为高频考点，侧重考查学生分析推断及计算、知识迁移能力，根据浓度化学平衡常数计算方法计算压强化学平衡常数，计算量较大，题目难度中等．

练习册系列答案
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【化学——选修5：有机化学基础】部分果蔬中含有下列成分：

回答下列问题：

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6．将1molN2和3mol H2充入体积可变的恒温密闭容器中，在380℃下发生反应：N2（g）+3H2（g）$\stackrel{催化剂}{?}$2NH3（g），平衡时，体系中氨的体积分数（NH3）随压强变化的情况如表：
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 φ（NH3） 0.30 0.450.54 0.60 
下列说法正确的是（　　）
A．10 MPa时，H2的转化率为75%
B．20 MPa时，NH3的物质的量浓度是10 MPa时的1.5倍
C．40 MPa时，若容器的体积为VL，则平衡常数$K=\frac{{64{V^2}}}{3}$
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13．一定温度下，在2L密闭容器中加入4.0molA和6.0molB，发生如下可逆反应：2A（g）+3B（g）?4C（g）+D（g）．反应10 min后达到平衡，此时D的浓度为0.5molL-1．下列说法正确的是（　　）
A．前10min反应的平均速率v（C）=0.1 mol/（L•min）
B．反应达到平衡时B的平衡浓度是1.5 mol•L-1
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D．10 min后在容器中加入A，重新建立平衡时A的转化率一定大于50%
3．向容积固定的容器甲和带有活塞的定压容器乙中分别通入2mol SO2和1mol O2（如下图），若开始通气时两容器的体积相同，在相同温度下反应，一段时间后，反应达到平衡．则下列说法正确的是（　　）
A．平衡时，两容器内SO3的浓度必定相等
B．平衡时，混合气体中的SO3的体积分数甲比乙高
C．SO2的转化率乙容器内比甲容器内高
D．反应后的相同时间内，甲容器中的反应速率大
10．N2H4是一种高效清洁的火箭燃料．0.25mol N2H4（g）完全燃烧生成氮气和气态水时，放出133.5kJ热量．则下列热化学方程式中正确的是（　　）
A．$\frac{1}{2}$N2H4（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）═$\frac{1}{2}$N2（g）+H2O（l）△H=-267 kJ•mol-1
B．N2H4（g）+O2（g）═N2（g）+2H2O（g）△H=-133.5 kJ•mol-1
C．N2H4（g）+O2（g）═N2（g）+2H2O（g）△H=+534 kJ•mol-1
D．N2H4（g）+O2（g）═N2（g）+2H2O（g）△H=-534 kJ•mol-1
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8．下列关于氯水的叙述正确的是（　　）
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