Question

1．工业上利用硫黄生产硫酸的步骤及反应为：
①造气：S（s）+O₂（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SO₂（g）；
②催化氧化：2SO₂（g）+O₂（g）$?_{△}^{催化剂}$2SO₃（g）；
③吸收：SO₃（g）+H₂O（l）═H₂SO₄（l）．
（1）根据图1写出S（s）与O₂（g）反应生成SO₃（g）的热化学方程式：S（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）?SO₃（g）△H=-395.7kJ•mol^-1．

（2）某温度下SO₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?SO₃（g）；△H=-98kJ/mol．开始时在10L的密闭容器中加入4.0molSO₂（g）和5.0molO₂（g），当反应达到平衡时共放出热量196kJ，求该温度下2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）平衡常数K=$\frac{\sqrt{10}}{2}$．
（3）某人设想以图2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：SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺．
（4）有两只密闭容器A和B，A容器有一移动的活塞能使容器内保持恒压，B容器能保持恒容，起始向这两只容器中分别充入等量的体积比为2：1的SO₂和O₂的混合气体，并使A和B容积相等（如图3），400℃时发生如下反应：2SO₂+O₂?2SO₃
填写下列空格．
①A容器中SO₂的转化率比B容器大
②达到①所述平衡后，若向两容器通入等量的原反应气体，达到平衡时A容器中SO₃的体积分数不变（增大、减小、不变），B容器中SO₃的体积分数增大（增大、减小、不变）
（5）对于反应2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），一定条件下达到平衡后，在保证O₂浓度不变的情况下，增大容器的体积，试根据平衡常数，判断平衡不移动．（填“正向移动”、“逆向移动”或“不移动”）

Answer 1

分析 （1）分析图象能量变化，写出化学方程式，标注物质聚集状态和反应焓变写出热化学方程式
（2）根据反应达到平衡过程中放出的热量计算出转化的SO₂的物质的量，确定平衡状态，再计算平衡常数；
（3）燃料电池能氧气的极为正极，通SO₂的极为负极，发生氧化反应，据此书写电极反应式；
（4）①根据化学反应速率越快，到达平衡的时间越短；利用等效平衡来判断平衡移动来解答；
②根据浓度对化学平衡的影响，求出平衡移动后SO₃的体积分数；
（5）平衡常数的影响因素为温度，温度不变，在此基础上，增大容器的体积，但O₂的浓度不变，相当于恒压恒温条件下，成比例增大反应物的量，由此判断平衡的移动方向．

解答 解：（1）依据图象分析结合反应能量变化，写出化学方程式，标注物质聚集状态和反应热，S和O₂生成SO₃的热化学方程式为：S（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）?SO₃（g）△H=（-297.0kJ•mol^-1）+（-98.7kJ•mol^-1）=-395.7kJ•mol^-1，
故答案为：S（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）?SO₃（g）△H=-395.7kJ•mol^-1；
（2）当反应达到平衡时共放出热量196kJ，则变化的SO₂的物质的量为$\frac{196kJ}{98kJ/mol}$=2mol，
                                    SO₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?SO₃（g）
起始物质的量（mol）     4                5                0
变化物质的量（mol）     2                 1                2
平衡物质的量（mol）      2                4                 2
此时平衡常数K=$\frac{c（S{O}_{3}）}{c（S{O}_{2}）×{c}^{\frac{1}{2}}（{O}_{2}）}$=$\frac{（\frac{2mol}{10L}）}{（\frac{2mol}{10L}）×（\frac{4mol}{10L}）^{\frac{1}{2}}}$=$\frac{\sqrt{10}}{2}$，
故答案为：$\frac{\sqrt{10}}{2}$；
（3）通SO的极是负极，发生氧化反应，其电极反应为：SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺，故答案为：SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺；
（4）①若A容器保持恒容，两容器建立的平衡等效，而实际上A容器体积减少，压强增大，平衡向正反应方向移动，所以A中SO₂的转化率比B大，
故答案为：大；
②向两容器中通入等量的原反应气体，达到平衡后，A中建立的平衡与原平衡等效，所以SO₃的体积分数不变，B容器中建立的平衡相当于在原平衡的基础上增大压强，平衡正向移动，B容器中SO₃的体积分数增大，
故答案为：不变；增大；
（5）在保证O₂浓度不变的情况下，增大容器的体积，此时温度不变，平衡常数不变，相当于将同等平衡状态在恒温恒容条件下回合在一起，平衡不移动，故答案为：不移动．

点评 本题考查化学平衡移动及影响因素，涉及平衡常数的计算、热化学方程式的书写等，本题难度中等，注意等效平衡的理解和应用，掌握基础是解题关键．