Question

工业制硫酸时，利用催化氧化反应将SO₂转化为SO₃是一个的关键步骤．
（1）某温度下，SO₂（g）+

1

2

O₂（g）?SO₃（g）△H=-98kJ?mol^-1．开始时在100L的密闭容器中加入4.0mol SO₂（g）和10.0mol O₂（g），当反应达到平衡时共放出热量196kJ，该温度下平衡常数K=

 

．
（2）一定条件下，向一带活塞的密闭容器中充入2molSO₂和1molO₂，发生下列反应：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），达到平衡后改变下述条件，SO₂、O₂、SO₃气体平衡浓度都比原来增大的是

 

（填字母）．
A．保持温度和容器体积不变，充入2mol SO₃
B．保持温度和容器体积不变，充入2mol N₂
C．保持温度和容器体积不变，充入0.5mol SO₂和0.25mol O₂
D．保持温度和容器内压强不变，充入1mol SO₃
E．升高温度
F．移动活塞压缩气体
（3）某人设想以如图所示装置用电化学原理生产硫酸，写出通入SO₂的电极的电极反应式

 

，检验其中产物有SO₄^2-的具体操作为

 

．
（4）常温时，BaSO₄的Ksp═1.08x10^-10．现将等体积的BaCl₂溶液与2.0x10^-3mol/l的Na₂SO₄溶液混合．若要生成BaSO₄沉淀，BaCl₂溶液的最小浓度为

 

．
（5）下列关于2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）反应的图象中，正确的是

 

．

（6）SO₂有氧化性又有还原性，还有漂白性．将SO₂气体通入酸性KMnO₄中，酸性KMnO₄褪色，SO₂表现

 

性，其中氧化剂和还原剂物质的量之比为

 

（已知KMnO₄酸性条件下的还原产物为Mn²⁺）．

Answer 1

考点：化学平衡的影响因素,氧化还原反应,用化学平衡常数进行计算,体积百分含量随温度、压强变化曲线,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质

专题：

分析：（1）利用三段式法计算平衡浓度，根据平衡常数表达式计算；
（2）根据影响化学平衡的因素进行判断；
（3）原电池负极发生氧化反应，SO₂被氧化生成SO₄^2-；钡离子和硫酸根离子生成硫酸钡白色沉淀，据此检验硫酸根离子；
（4）计算混合后硫酸根的浓度，根据K_sp（BaSO₄）=c（Ba²⁺）?c（SO₄^2-）计算硫酸根沉淀时溶液中c（Ba²⁺），原氯化钡溶液为此时钡离子浓度的2倍，注意溶液混合后各种物质的浓度降为原来的一半．
（5）升高温度，加快反应速率到达平均的时间缩短，逆反应速率增大更多，平衡向逆反应方向移动，三氧化硫的含量降低；增大压强，加快反应速率到达平均的时间缩短，正反应速率增大更多，平衡向正反应方向移动，三氧化硫的含量增大，据此结合图象判断；
（6）升高温度，加快反应速率到达平均的时间缩短，逆反应速率增大更多，平衡向逆反应方向移动，三氧化硫的含量降低；增大压强，加快反应速率到达平均的时间缩短，正反应速率增大更多，平衡向正反应方向移动，三氧化硫的含量增大，据此结合图象判断；根据化合价的升降来确定电子的转移个数从而确定氧化剂和还原剂的质量比分析．

解答： 解：（1）2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）；△H=-98kJ?mol^-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 2mol，
     2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）；△H=-98kJ?mol^-1，
起始 4.0mol   10.0mol    0
转化 2.0mol   1.0mol    2mol     
平衡 2.0mol   9.0mol    2mol        
则平衡时：c（SO₂）=0.02mol/L，c（O₂）=0.09mol/L，c（SO₃）=0.02mol/L，
所以k=

0.02 2

0.02 2×0.09

=3.33，
故答案为：3.33；
（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．保持温度和容器体积不变，充入0.5mol SO₂和0.25mol O₂，平衡向正反应方向移动，则SO₂、O₂、SO₃气体平衡浓度都比原来增大，故C正确；
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．升高温度，平衡向逆反应分析移动，SO₃的浓度减小，故E错误；
F．移动活塞压缩气体，体积减小，各物质的浓度都增大，故F正确；
故选ACF；
（3）依据图装置分析，二氧化硫失电子发生氧化反应，二氧化硫被氧化为三氧化硫溶于水生成硫酸，电极反应为：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；检验硫酸根离子的方法为：取少量溶液于试管中加入盐酸，无明显现象，再加入BaCl₂溶液，若产生白色沉淀说明溶液中含SO₄^2-，
故答案为：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；取少量溶液于试管中加入盐酸，无明显现象，再加入BaCl₂溶液，若产生白色沉淀说明溶液中含SO₄^2-．
（4）等体积混合后，c（SO₄^2-）=

1

2

×2.0×10^-3mol/L=1.0×10^-3mol/L，故BaSO₄沉淀所需Ba²⁺离子的最小浓度为c（Ba²⁺）=

1.08×10 -10

10 -3

mol/L=1.08×10^-7mol/L，故原BaCl₂溶液的浓度为2×1.08×10^-7mol/L=2.16×10^-7mol/L，
故答案为：2.16×10^-7mol/L；
（5）A．升高温度，逆反应速率增大更多，平衡向逆反应方向移动，图象与实际符合，故A正确；
B．升高温度，平衡向逆反应方向移动，三氧化硫的含量降低，图象与实际符合，故B正确；
C．升高温度，加快反应速率到达平均的时间缩短，逆反应速率增大更多，平衡向逆反应方向移动，三氧化硫的含量降低，图象与实际不符，故C错误；
D．增大压强，加快反应速率到达平均的时间缩短，正反应速率增大更多，平衡向正反应方向移动，三氧化硫的含量增大，图象与实际符合，故D正确；
故选ABD；
（6）最高价元素只有氧化性，最低价元素只有还原性，中间价态的元素既有氧化性又有还原性；将SO₂气体通入酸性KMnO₄中，酸性KMnO₄褪色，高锰酸钾中锰元素是最高价具有氧化性，二氧化硫具有还原性；高锰酸钾中某元素的化合价是+7价，反应后生成Mn²⁺，所以一个高锰酸钾离子被还原为锰离子转移的电子数是5个，二氧化硫被氧化后生成硫酸根离子，硫元素的化合价由+4价变为+6价，一个二氧化硫分子生成一个硫酸根离子转移的电子数是2个，氧化剂和还原剂物质的量之比为2：5，
故答案：还原；2：5．

点评：本题考查了化学平衡常数的有关计算、影响化学平衡的因素、平衡图象、电解原理与计算等，题目难度中等，试题是对学生综合能力的考查，注意基础知识的理解掌握；