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）在标准状况下，将a升由SO₂和Cl₂组成的混合气体通入200mL0.1mol/L的Fe₂（SO₄）₃溶液中，充分反应后，溶液的棕黄色变浅．向反应后的溶液中加入足量的BaCl₂溶液，将所得沉淀过滤、洗涤、干燥后称重，其质量为23.3g．则混合气体中SO₂的体积为

 

升，a的取值范围为

 

（2）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=

 

．
（3）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
（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）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：化学方程式的有关计算,化学平衡的影响因素,等效平衡,化学平衡的计算,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质,二氧化硫的化学性质

专题：计算题,化学平衡专题

分析：（1）SO₂和Cl₂组成的混合气体通入Fe₂（SO₄）₃溶液中，由于氯气的氧化性强于铁离子，故氯气先与二氧化硫反应：SO₂+Cl₂+2H₂O=2HCl+H₂SO₄，充分反应后，溶液的棕黄色变浅，说明铁离子氧化二氧化硫：2Fe³⁺+SO₂+H₂O=SO₄^2-+2Fe²⁺+2H⁺，二氧化硫完全反应，反应后的溶液足量的BaCl₂溶液，生成的22.3g沉淀为BaSO₄，其物质的量为0.1mol，根据硫元素守恒可知n（BaSO₄）=3n[Fe₂（SO₄）₃]+n（SO₂），据此计算n（SO₂），进而计算二氧化硫的体积；
当铁离子完全反应时，混合气体的体积最最小，计算Fe³⁺离子氧化的SO₂，剩余的SO₂由氯气氧化，进而计算混合气体最小体积；当混合气体SO₂和Cl₂恰好完全反应时，混合气体的体积最大；
（2）根据热化学方程式，可知每生成1mol SO₃放出98 kJ热量，当放出196 kJ热量时生成2 mol SO₃，利用三段式计算平衡时各组分的物质的量，根据K=

c(SO3)

c(SO2)×(O2) 1 2

计算；
（3）温度不变情况下，平衡常数不变，增大任一组分的浓度，平衡时各组分的浓度都增大；若只改变温度，平衡常数分数变化，平衡时各组分的浓度，有的增大、有的减小；保持温度和容器体积不变，充入不参与反应的气体，平衡不移动，各组分的浓度不变；
（4）等体积混合后硫酸根为1.0×10^-3mol/L，根据溶度积计算Ba²⁺离子最小浓度，进而计算BaCl₂溶液的最小浓度；
（5）SO₂的漂白原理是与有色物质化合生成无色不稳定的化合物，SO₂使酸性KMnO₄褪色，是SO₂表现还原性而不是漂白性；KMnO₄酸性条件下的还原产物为Mn²⁺化合价降低5，SO₂被氧化成SO₄^2-化合价升高2，根据电子转移守恒计算．

解答： 解：（1）SO₂和Cl₂组成的混合气体通入Fe₂（SO₄）₃溶液中，由于氯气的氧化性强于铁离子，故氯气先与二氧化硫反应：SO₂+Cl₂+2H₂O=2HCl+H₂SO₄，充分反应后，溶液的棕黄色变浅，说明铁离子氧化二氧化硫：2Fe³⁺+SO₂+H₂O=SO₄^2-+2Fe²⁺+2H⁺，二氧化硫完全反应，反应后的溶液足量的BaCl₂溶液，生成的16.31g沉淀为BaSO₄，其物质的量=

23.3g

233g/mol

=0.1mol，根据硫元素守恒可知n（BaSO₄）=3n[Fe₂（SO₄）₃]+n（SO₂），故n（SO₂）=0.1mol-3×0.2L×0.1mol?L^-1=0.04mol，V（SO₂）=0.04mol×22.4L/mol=0.896L；
当铁离子完全反应时，混合气体的体积最小，n（Fe³⁺）=2×0.2L×0.1mol?L^-1=0.04mol，可以氧化的SO₂为0.02mol，故被氯气氧化SO₂为0.04mol-0.02mol=0.02mol，需要氯气的物质的量为0.02mol，则混合气体的最小体积大于（0.04mol+0.02mol）×22.4L/mol=1.344L，当混合气体SO₂和Cl₂恰好完全反应时，混合气体的体积最大，混合气体的最大体积小于（0.04mol+0.04mol）×22.4L/mol=1.792L，故a的取值范围为0.896＜a＜1.792，
故答案为：0.896；0.896＜a＜1.792；
（2）根据热化学方程式每生成1mol SO₃放出98 kJ热量，当放出196 kJ热量时生成2 mol SO₃
           SO₂（g）+

1

2

O₂（g） SO₃（g）
初始（mol）：4          10              0
变化（mol）：2           1              2
平衡（mol）：2           9              2
平衡常数k=

2 100

2 100 ×( 9 100 ) 1 2

=

10

3

故答案为：

10

3

；
（3）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，
故答案为：A、C、F；
（4）等体积混合后硫酸根为1.0×10^-3mol/L，根据溶度积可知，Ba²⁺离子最小浓度为

1.08×10-10

1.0×10-3

mol/L=1.08×10^-7mol/L，故BaCl₂溶液的最小浓度为1.08×10^-7mol/L×2=2.16×10^-7mol/L，
故答案为：2.16×10^-7mol/L；
（5）SO₂的漂白原理是与有色物质化合生成无色不稳定的化合物，SO₂使酸性KMnO₄褪色，是SO₂表现还原性而不是漂白性；KMnO₄酸性条件下的还原产物为Mn²⁺化合价降低5，SO₂被氧化成SO₄^2-化合价升高2，根据电子转移守恒，可得5x=2y，故x：y=5：2，
故答案为：5：2．

点评：本题比较综合，涉及混合物计算、化学平衡常数计算、化学平衡影响因素、溶度积计算、氧化还原反应计算等，是对学生综合能力的考查，（1）中注意利用极限法解答，难度中等．