题目内容

工业上生产硫酸时，利用催化氧化反应将SO2转化为SO3是一个关键步骤．
（1）某温度下，SO2（g）+
1
2
O2（g）?SO3（g）△H=-98kJ/mol．开始时向100L的密闭容器中加入4.0molSO2（g）和10.0molO2（g），当反应达到平衡状态时共放出热量196kJ，则该温度下的平衡常数K=
10
3
10
3
．若反应温度保持不变时，选择合适的催化剂，是否可以提高SO2的转化率？
否
否
（填“是”或“否”，下同）；是否可以增大该反应所放出的热量？
否
否
．
（2）在一定条件下，向一带有活塞的密闭容器中充入2molSO2（g）和1molO2（g），发生反应：2SO2（g）+O2（g）?2SO3（g），达到平衡后改变下列条件，SO2、O2、SO3的平衡浓度都增大的是
A
A
（填序号）．
A．保持温度和容器体积不变，充入2molSO3
B．保持温度和容器体积不变，充入2molN2
C．保持温度和容器内压强不变，充入0.5molSO2和0.25molO2
D．保持温度和容器内压强不变，充入1molSO3
E．保持温度和容器内压强不变，充入2molN2
F．升高温度
（3）压强、温度对SO2转化率的影响如表中所示：
0.1 0.5 1.0 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%
已知400℃、0.1MPa条件下达到平衡时的平衡常数为K1，400℃、10MPa条件下达到平衡时的平衡常数为K2，500℃、1.0MPa条件下达到平衡时的平衡常数为K3，600℃、0.5MPa条件下达到平衡时的平衡常数为K4，则K1、K2、K3、K4的大小顺序为
K1=K2＞K3＞K4
K1=K2＞K3＞K4
．
由上表数据可知，硫酸工业中SO2催化氧化反应的合适温度和压强是
1.0MPa，400℃～500℃
1.0MPa，400℃～500℃
．
分析：（1）根据反应热计算参加反应的二氧化硫的物质的量，利用三段式法计算平衡浓度，根据平衡常数表达式计算，催化剂改变反应速率，不能改变化学平衡，反应物的转化率不变，反应的热量变化不变；
（2）根据平衡移动的方向判断；
（3）平衡常数随温度变化，温度不变，平衡常数不变，数据分析判断二氧化硫的转化率和反应进行的条件选择方法和经济效益分析判断．
解答：解：（1）在100L的密闭容器中加入4.0mol SO2（g）和10.0molO2（g），当反应达到平衡时共放出热量196kJ，则消耗SO2为2mol，
       SO2（g）+
1
2
O2（g）?SO3（g）；
起始：4mol     10mol        0
转化：2mol      1mol      2mol
平衡：2mol     9mol       2mol
则平衡时：c（SO2）=0.02mol/L，c（O2）=0.09mol/L，c（SO3）=0.02mol/L，
所以k=
0.02mol/L
0.02mol/L×
0.09mol/L
=3.33，
催化剂只改变反应速率，不改变化学平衡，平衡不动，反应物的转化率不变，反应的焓变也不变；
故答案为：3.33；否；否；
（2）A．保持温度和容器体积不变，充入2mol SO3，平衡向逆反应分析移动，则SO2、O2、SO3气体平衡浓度都比原来增大，故A正确；
B．保持温度和容器体积不变，充入2mol N2，对平衡移动没有影响，各物质的浓度不变，故B错误；
C．保持温度和容器内压强不变，充入0.5molSO2和0.25molO2，相当于增大压强，化合物恒压容器中平衡不动，浓度不变，故C错误；
D．保持温度和容器内压强不变，充入1mol SO3，处于等效平衡状态，浓度不变，故D错误；
E．保持温度和容器内压强不变，充入2molN2，体积增大，压强减小，平衡逆向进行，二氧化硫、氧气、三氧化硫浓度减小，故E错误；
F．升高温度，平衡向逆反应分析移动，SO3的浓度减小，故F错误．
故答案为：A；
（3）因为平衡常数K制随温度的变化，对于放热反应，升温，K减小，所以K1=K2＞K3＞K4，从表中可以看出，压强对二氧化硫的转化率的影响不大，在1.0MPa温度为400℃～500℃，有一定的反应速率，二氧化硫转化率较大，催化剂活性最大，
故答案为：K1=K2＞K3＞K4；1.0MPa，400℃～500℃．
点评：本题考查了化学平衡的分析判断，平衡常数计算应用，平衡影响因素的分析判断，掌握数据的分析方法和反应条件选择是解题关键，题目难度中等．
练习册系列答案
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（2009?抚顺模拟）工业上生产硫酸时，利用催化氧化反应将SO2转化为SO3是一个关键步骤．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
转化率/%
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
（1）已知SO2的氧化是放热反应，如何利用表中数据推断此结论？
压强一定时，温度升高时，SO2的转化率降低，说明升高温度有利于平衡向逆反应移动，故正反应为放热反应
压强一定时，温度升高时，SO2的转化率降低，说明升高温度有利于平衡向逆反应移动，故正反应为放热反应
；
（2）在大400～500℃时，SO2的催化氧化采用常压而不是高压，主要原因是：
增大压强对SO2的转化率影响不大，同时增大成本
增大压强对SO2的转化率影响不大，同时增大成本
；
（3）选择适宜的催化剂，是否可以提高SO2的转化率？
否
否
（填“是”或“否”），是否可以增大该反应所放出的热量？
否
否
（填“是”或“否”）；
（4）工业生产硫酸产生的尾气主要含SO2和SO3，会造成
酸雨
酸雨
（填环境问题），工业上常用足量的浓氨水来吸收，写出相关的离子方程式
2NH3?H2O+SO2=2NH4++SO32-+H2O
2NH3?H2O+SO2=2NH4++SO32-+H2O

2NH3?H2O+SO3=2NH4++SO42-+H2O
2NH3?H2O+SO3=2NH4++SO42-+H2O

（5）已知：2SO2（g）+O2（g）=2SO3（g）；△H=-196.9kJ?mol-1，计算每生产1万吨98%硫酸所需要的SO3质量和由SO2生产这些SO3所放出的热量．（写出解题过程）
（2011?宝鸡三模）[化学一选修2化学与技术]分析下面两个案例并回答有关问题．
（1）工业上生产硫酸时，利用催化氧化反应将SO2转化为SO3是一个关键步骤．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%，N282%）：
压强/MPa
SO2转化率
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%
①利用表中数据，如何推断出SO2的催化氧化反应是一个放热反应？
压强一定时，温度升高时，SO2的转化率降低，说明升高温度有利于平衡向逆反应移动，故正反应为放热反应
压强一定时，温度升高时，SO2的转化率降低，说明升高温度有利于平衡向逆反应移动，故正反应为放热反应

②选择适应的催化剂，是否可以提高SO2的转化率？
否
否
（填“是”或“否”）是否可以增大该反应所放出的热量？
否
否
（填“是”或“否”）．
③已知：2SO2（g）+O2（g）
催化剂
.
△
2SO3（g），△H=-196.6k J/mol，计算每生产1万吨98%硫酸所需要SO3质量为
8×103
8×103
t，由SO2生产这些SO3时放出的热量为
9.85×109
9.85×109
kJ．
（2）某地区已探明蕴藏有丰富的赤铁矿（主要成分为Fe2O3，还含有SiO2等杂质）、煤矿、石灰石和黏土，拟在该地区建设大型炼铁厂．

①随着铁矿的开发和炼铁厂的建立，需要在该地区相应建立焦化厂、发电厂、水泥厂等，形成规模的工业体系．据此确定上图中相应工厂的名称B
焦化厂
焦化厂
、D
水泥厂
水泥厂
．
②以赤铁矿为原料，写出高炉炼铁中得到生铁以及产生炉渣的化学方程式
Fe2O3+3CO
 高温 
.
 
2Fe+3CO2 、CaCO3+SiO2
 高温 
.
 
CaSiO3+CO2
Fe2O3+3CO
 高温 
.
 
2Fe+3CO2 、CaCO3+SiO2
 高温 
.
 
CaSiO3+CO2
．
③从“三废”利用、环境保护等角度考虑，该地区和企业在生产中应采取的一些措施有（举出1种措施即可）
用炼铁厂的炉渣（或CaSiO3）作为水泥厂的原料；或用发电厂的煤矸石和粉煤灰作为水泥厂的原料；或将石灰石煅烧成生石灰，用于吸收发电厂和焦化厂燃煤时产生的SO2，减少对空气的污染；或建立污水处理系统
用炼铁厂的炉渣（或CaSiO3）作为水泥厂的原料；或用发电厂的煤矸石和粉煤灰作为水泥厂的原料；或将石灰石煅烧成生石灰，用于吸收发电厂和焦化厂燃煤时产生的SO2，减少对空气的污染；或建立污水处理系统
．
（2009?江门一模）（1）下表为某温度和压强下，密闭容器中SO2氧化为SO3反应在不同时间各物质的浓度（mol/L）
时间（min） 0 10 20 30 40 50 60 70
SO2 10 7 5 3.5 2 1 1 1
O2 5 3.5 2.5 1.75 1 0.5 0.5 0.5
SO3 0 3 5 6.5 8 9 9 9
试画出V（SO3）-t图．

（2）工业上生产硫酸时，利用催化氧化反应将SO2转化为SO3是一个关键步骤．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%
①如何利用表中数据推断SO2的氧化反应的热效应？
压强一定时，温度升高，二氧化硫的转化率减小，说明升温平衡向逆反应方向移动，所以二氧化硫的氧化反应为放热反应
压强一定时，温度升高，二氧化硫的转化率减小，说明升温平衡向逆反应方向移动，所以二氧化硫的氧化反应为放热反应
．
②在400一500℃时，SO2的催化氧化采用常压而不是高压，主要原因是：
从化学平衡移动条件分析应该采用低温高压．而根据表格中提供的数据发现，压强的增加引起SO2转化率的变化并不明显，反而增加成本，所以工业上直接采用常压
从化学平衡移动条件分析应该采用低温高压．而根据表格中提供的数据发现，压强的增加引起SO2转化率的变化并不明显，反而增加成本，所以工业上直接采用常压
．
③工业制硫酸所产生的尾气含有SO2、微量的SO3和酸雾．为了保护环境将尾气通入氨水中，能发生多个反应，写出其中可能发生的两个氧化还原反应的化学方程式：
2H2SO3+O2=2H2SO4 ；2NH4HSO3+O2=2NH4HSO4
2H2SO3+O2=2H2SO4 ；2NH4HSO3+O2=2NH4HSO4
．
④能用于测定硫酸尾气中SO2含量的是
BC
BC
．（填字母）
A．NaOH溶液、酚酞试液　  
B．KMnO4溶液、稀H2SO4
C．碘水、淀粉溶液　　　　
D．氨水、酚酞试液
⑤某温度下，SO2氧化为SO3在10L的密闭容器中进行，开始向容器加入4.0mol SO2和10.0molO2，当反应达到平衡时，混合气体为13.0mol，则SO2的转化率为
50%
50%
，该温度反应的平衡常数
1.1L?mol-1
1.1L?mol-1
．
（2011?丹东模拟）[化学-选修2化学与技术]硫酸工业在国民经济中占有极其重要的地位．请回答硫酸工业中的如下问题：
（1）早期生产硫酸以黄铁矿为原料，目前很多国家都已经限制以黄铁矿为原料而以硫磺为原料，以硫磺为原料的优点是
生产流程短，设备简单，三废治理量小，劳动生产率高，易于设备大型化等
生产流程短，设备简单，三废治理量小，劳动生产率高，易于设备大型化等
．
（2）工业上生产硫酸时，利用催化氧化反应将SO2转化为SO3由一个关键步骤．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：SO27%；O211%；N282）利用表中数据分析，在实际生产中选择的适宜生产条件是：
温度
400℃～500℃
400℃～500℃
℃，压强
0.1
0.1
MPa．
压强/Mpa
转化率/%
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
（3）选择适宜的催化剂，是否可以提高SO2的转化率？
否
否
（填“是”或“否”），是否可以增大该反应所放出的热量？
否
否
（填“是”或“否”）．
（4）为提高SO3吸收率，实际生产中通常用
98%的浓硫酸
98%的浓硫酸
吸收SO3．
（5）在催化反应室中设有热交换装置，以下叙述与热交换装置的作用有关的是
B
B
（填写序号）
A．保护环境，防止空气污染    
B．充分利用热量，降低生产成本
C．升高温度，提高SO2的转化率  
D．防止催化剂中毒
（6）在硫酸工业尾气中，SO2是主要大气污染物，必须进行净化处理，处理方法可用
石灰水
石灰水
（填名称）吸收，然后再用硫酸处理，重新生成SO2和一种生产水泥的辅料，写出这两步反应的化学方程式
SO2+Ca（OH）2═CaSO3↓+H2O、CaSO3+H2SO4═CaSO4+SO2↑+H2O
SO2+Ca（OH）2═CaSO3↓+H2O、CaSO3+H2SO4═CaSO4+SO2↑+H2O
．

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