Question

利用催化氧化反应将SO₂转化为SO₃是工业上生产硫酸的关键步骤．

（1）T₁℃时，在1L密闭容器中充入0.6molSO₃，图1表示SO₃物质的量随时间的变化曲线．
①平衡时，SO₃的转化率为

 

（保留小数点后一位）；T₁℃时，反应2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g） 的平衡常数为

 

；其他条件不变，在8min时压缩容器体积至0.5L，则n（SO₃）的变化曲线为

 

（填字母）．
②如表为不同温度（T）下，反应2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g） （△H＜0）的化学平衡常数（K）

T/℃	T2	T3
K	20.5	4.68

由此推知，温度最低的是

 

（填“T₁”、“T₂”或“T₃”）．
③在温度为T₁℃时，向该1L的密闭容器中同时加入0.2molSO₂、xmolO₂、0.2molSO₃三种气体，在达到平衡前若要使SO₃的浓度减小，则x的取值范围是

 

．
（2）科学家研究出用电化学原理生产硫酸的新工艺，装置如图2所示，总反应的化学方程式为

 

，其阳极的电极反应式为

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,化学电源新型电池,化学平衡的影响因素

专题：基本概念与基本理论

分析：依据化学平衡三段式列式计算，在容积为1L密闭容器中充入0.6molSO₃，由图1平衡时SO₃物质的量为0.2mol．
              2SO₂+O₂?2SO₃，
起始量（mol）  0    0     0.6
变化量（mol） 0.4   0.2    0.4
平衡量（mol） 0.4   0.2    0.2
（1）①转化率=

消耗量

起始量

×100%；根据K=

c(SO 3) 2

c(SO 2) 2c(O 2)

计算；其他条件不变，在8min时压缩容器体积至0.5L，平衡向正反应方向移动，n（SO₃）变大；
②根据反应为放热反应，温度越低，平衡越向正反应方向移动，平衡常数越大来分析；
③在温度为T₁℃时，向该1L的密闭容器中同时加入0.2molSO₂、xmolO₂、0.2molSO₃三种气体，在达到平衡前若要使SO₃的浓度减小，则平衡向逆反应方向移动，即Qc＞K据此计算；
（2）电解原理：使电流通过电解质溶液，而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程，阳极是还原剂发生氧化反应，阴极是氧化剂发生还原反应，分析出氧化剂、还原剂，结合电解质溶液，正确书写出电极反应．

解答： 解：在容积为1L密闭容器中充入0.6molSO₃，由图1平衡时SO₃物质的量为0.2mol．
              2SO₂+O₂?2SO₃，
起始量（mol）  0    0     0.6
变化量（mol） 0.4   0.2    0.4
平衡量（mol） 0.4   0.2    0.2
（1）①SO₃的转化率为=

0.4

0.6

×100%≈66.7%；K=

c(SO 3) 2

c(SO 2) 2c(O 2)

=

0.2 2

0.4 2×0.2

=1.25；其他条件不变，在8min时压缩容器体积至0.5L，平衡向正反应方向移动，n（SO₃）变大，即为图象c，故答案为：66.7%；1.25； c；
②因为反应为放热反应，温度越低，平衡越向正反应方向移动，平衡常数越大，所以温度最低的为K最大的，即T₂，故答案为：T₂；
③在温度为T₁℃时，向该1L的密闭容器中同时加入0.2molSO₂、xmolO₂、0.2molSO₃三种气体，在达到平衡前若要使SO₃的浓度减小，则平衡向逆反应方向移动，即Qc＞K，所以

0.2 2

0．22×x

＞1.25，则x＜0.8，故答案为：0＜x＜0.8；
（2）电解池中阳极是还原剂发生氧化反应，阴极是氧化剂发生还原反应．根据题意可知：通入二氧化硫的电极为阳极，通入氧气的电极为阴极，阳极反应：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺，阴极反应：O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O，阴、阳电极反应合并得总反应为：2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄，
故答案为：2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄；SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺．

点评：本题考查了化学平衡的有关知识、电化学的有关知识，如利用浓度商判断化学反应进行的方向，外界条件对化学平衡的影响以及有关化学计算，试题较灵活，综合性强，难度较大．