Question

11．SO₂的催化氧化是工业制取硫酸的关键步骤之一，该反应的化学方程式为：2SO₂+O₂$?_{△}^{催化剂}$2SO₃．请回答下列问题：
（1）已知1mol SO₂（g）生成1mol SO₃（g）的能量变化如下图所示（E₁、E₂均为正值）
①图中A、C分别表示1mol SO₂和0.5mol氧气的能量、1mol SO₃能量．
②2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-2（E₂-E₁）kJ/mol（用含“E₁”、“E₂”的代数式表示）．
③已知：在一定条件下，64g SO₂气体氧化为SO₃气体时放出99kJ的热量，请写出SO₂氧化为SO₃的热化学方程式2SO₂（g）+O₂（g）=2SO₃（g）△H=-198KJ•mol^-1 ．
（2）判断该反应在恒温、恒容时达到平衡状态的标志是BC（填字母）．
A．SO₂和SO₃浓度相等            B．SO₂百分含量保持不变
C．容器中气体的压强不变         D．SO₃的生成速率与SO₂的消耗速率相等
（3）当该反应处于平衡状态时，在体积不变的条件下，下列措施中有利于提高SO₂平衡转化率的是A（填字母）．
A．向装置中再充入O₂           B．向装置中再充入SO₂
C．改变反应的催化剂           D．升高温度
（4）将0.060mol SO₂（g）和0.040mol O₂（g）放入容积为1L的密闭容器中，在一定条件下达到平衡，测得c（SO₃）=0.040mol/L．计算该条件下反应的平衡常数K和SO₂的转化率（不必写出计算过程）．
①平衡常数K=200（mol?L^-1）^-1．
②平衡时，SO₂的转化率 α（SO₂）=66.7%．

Answer 1

分析 （1）①A表示反应物总能量，C表示生成物总能量；
②反应物总能量高于生成物总能量，为放热反应，由图可知1mol二氧化硫放出能量为E₂-E₁，2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）的反应热表示2mol二氧化硫放出的能量；
③2mol二氧化硫氧化为三氧化硫方程式的热量为99kJ×$\frac{2mol×64g/mol}{64g}$=198kJ，注明物质的聚集状态与反应热书写热化学方程式；
（2）可逆反应到达平衡时，同种物质的正逆速率相等，各组分的浓度、含量保持不变，由此衍生的其它一些量不变，判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不再变化说明到达平衡；
（3）提高SO₂平衡转化率，改变条件应使平衡正向移动，但不能只增大二氧化硫的浓度；
（4）将0.060mol SO₂（g）和0.040mol O₂（g）放入容积为1L的密闭容器中，在一定条件下达到平衡，测得c（SO₃）=0.040mol/L，则：
               2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
起始浓度（mol/L）：0.06     0.04     0
变化浓度（mol/L）：0.04     0.02     0.04
平衡浓度（mol/L）：0.02    0.02     0.04
①代入K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{3}）×c（{O}_{2}）}$计算平衡常数；
②转化率=$\frac{浓度变化量}{起始浓度}$×100%．

解答 解：（1）①A表示1mol SO₂和0.5mol氧气的能量，C表示生成物总能量；
故答案为：1mol SO₂和0.5mol氧气的能量；1mol SO₃能量；
②反应物总能量高于生成物总能量，为放热反应，由图可知1mol二氧化硫放出能量为E₂-E₁，故反应2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）的△H=-2（E₂-E₁）kJ/mol，
故答案为：-2（E₂-E₁）kJ/mol；
③2mol二氧化硫氧化为三氧化硫方程式的热量为99kJ×$\frac{2mol×64g/mol}{64g}$=198kJ，热化学方程式为：2SO₂（g）+O₂（g）=2SO₃（g）△H=-198KJ•mol^-1 ，
故答案为：2SO₂（g）+O₂（g）=2SO₃（g）△H=-198KJ•mol^-1 ；
（2）A．平衡时SO₂和SO₃浓度关系与二氧化硫转化率有关，不一定相等，故A错误；
B．SO₂百分含量保持不变，说明到达平衡，故B正确；
C．随反应进行，混合气体总物质的量进行，恒温恒容下容器内压强减小，当容器中气体的压强不变，说明到达平衡，故C正确；
D．SO₃的生成速率与SO₂的消耗速率均表示正反应速率，反应始终相等，不能说明到达平衡，SO₃的生成速率与SO₂的生成速率相等，说明到达平衡，故D错误，
故选：BC；
（3）A．向装置中再充入O₂，氧气浓度增大，平衡正向移动，SO₂平衡转化率增大，故A正确；
B．向装置中再充入SO₂，SO₂平衡转化率减小，故B错误；
C．改变反应的催化剂，不影响平衡移动，SO₂平衡转化率不变，故C错误；
D．正反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，SO₂平衡转化率减小，故D错误，
故选：A；
（4）将0.060mol SO₂（g）和0.040mol O₂（g）放入容积为1L的密闭容器中，在一定条件下达到平衡，测得c（SO₃）=0.040mol/L，则：
               2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
起始浓度（mol/L）：0.06    0.04      0
变化浓度（mol/L）：0.04    0.02      0.04
平衡浓度（mol/L）：0.02    0.02     0.04
①则平衡醋酸是K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{3}）×c（{O}_{2}）}$=$\frac{0.0{4}^{2}}{0.0{2}^{2}×0.02}$（mol?L^-1）^-1=200（mol?L^-1）^-1，故答案为：200（mol?L^-1）^-1；
②平衡时，SO₂的转化率 α（SO₂）=$\frac{0.04mol/L}{0.06mol/L}$×100%=66.7%，故答案为：66.7%．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、平衡状态判断、化学反应中能量变化、热化学方程式书写等，需要学生熟练掌握基础知识并能灵活应用．