题目内容
16．工业制硫酸时，利用催化氧化反应将SO2转化为SO3是一个关键的步骤．
（1）一定条件下，SO2可发生反应：SO2（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）?SO3（g）△H=-98kJ•mol-1．
①某温度下，在100L的恒容密闭容器中开始加入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=$\frac{10}{3}$（用分数表示）．
②上述反应按照相同的物质的量投料，测得SO2在不同温度下的平衡转化率a%与压强的关系如图1所示．下列说法正确的是ABCD（填序号）．
A．温度：T3＞T2＞T1
B．正反应速率：v（c）＞v（a），v（b）＞v（d）
C．平衡常数：K（a）＞k（c），K（b）=K（d）
D．平均摩尔质量：M（a）＞M（c），M（b）＞M（d）
③上述反应达平衡后，保持温度和容器的压强不变，若再通入一定量SO3（g），则SO2的体积分数不变（填“增大”、“减小”、“不变”）．
（2）某人设想以如图2所示装置用电化学原理模拟生产硫酸：
①通入O2的电极是正极．
②写出通入SO2的电极的电极反应式：SO2-2e-+2H2O=SO42-+4H+
③若此过程中转移了0.2mol电子，则质子膜两侧电解液的质量变化差（△m左-△m右）为4.4g（忽略气体的溶解）．
分析 （1）①平衡时放出热量为196kJ，则消耗的二氧化硫为$\frac{196kJ}{93kJ/mol}$=2mol，则：
SO2（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）?SO3（g）
起始量（mol）：4 10 0
变化量（mol）：2 1 2
平衡量（mol）：2 9 2
再根据K=$\frac{c（S{O}_{3}）}{c（S{O}_{3}）×\sqrt{c（{O}_{2}）}}$计算平衡常数；
②A．该反应为放热反应，温度越低，SO2的转化率越大；
B．由图可知，a、c两点压强相同，平衡时a点SO2转化率更高，该反应为放热反应，温度越低，SO2的转化率越大，故温度T1＜T3，温度越高，反应速率越快；b、d两点温度相同，压强越高，反应速率越大；
C．由图可知，a、c两点压强相同，平衡时a点SO2转化率更高，该反应为放热反应，故温度T1＜T3，降低温度平衡向正反应方向移动，K值增大．平衡常数只与温度有关，b、d两点温度相同，平衡常数相同；
D．SO2转化率的越大，n总越小，结合M=$\frac{m}{n}$判断；
③由于温度不变，故K值不变，又由于压强不变，因此气体反应平衡不移动，即使再通入一定量SO3（g），SO2的体积分数也不变；
（2）①氧气发生还原反应，通入O2的电极是正极；
②SO2发生氧化反应，失去电子，生成硫酸根离子，由电荷守恒可知有氢离子生成；
③左侧产生的部分氢离子通过质子交换膜移向右侧，右侧氧气获得电子，酸性条件下生成水，若此过程中转移了0.2mol电子，则通过质子交换膜的氢离子为0.2mol，根据电子转移守恒计算反应的二氧化硫、氧气质量，则质子膜两侧电解液的质量变化差：△m左-△m右=m（SO2）-m（H+）-[m（O2）+m（H+）]．
解答 解：（1）①平衡时放出热量为196kJ，则消耗的二氧化硫为$\frac{196kJ}{93kJ/mol}$=2mol，则：
SO2（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）?SO3（g）
起始量（mol）：4 10 0
变化量（mol）：2 1 2
平衡量（mol）：2 9 2
平衡常数K=$\frac{c（S{O}_{3}）}{c（S{O}_{3}）×\sqrt{c（{O}_{2}）}}$=$\frac{\frac{2}{100}}{\frac{2}{100}×\sqrt{\frac{9}{100}}}$=$\frac{10}{3}$，故答案为：$\frac{10}{3}$；
②A．该反应为放热反应，温度越低，SO2的转化率越大，故温度：T3＞T2＞T1，故A正确；
B．由图可知，a、c两点压强相同，平衡时a点SO2转化率更高，该反应为放热反应，温度越低，SO2的转化率越大，故温度T1＜T3，温度越高，反应速率越快，则v（c）＞v（a）；b、d两点温度相同，压强越高，反应速率越大，反应反应速率：v（b）＞v（d），故B正确；
C．由图可知，a、c两点压强相同，平衡时a点SO2转化率更高，该反应为放热反应，故温度T1＜T3，降低温度平衡向正反应方向移动，K值增大，则平衡常数：K（a）＞k（c），平衡常数只与温度有关，b、d两点温度相同，平衡常数相同，则K（b）=K（d），故C正确；
D．SO2转化率的越大，n总越小，混合气体总质量不变，由M=$\frac{m}{n}$可知平均摩尔质量：M（a）＞M（c），M（b）＞M（d），故D正确，
故选：ABCD；
③由于温度不变，故K值不变，又由于压强不变，因此气体反应平衡不移动，即使再通入一定量SO3（g），SO2的体积分数也不变，故答案为：不变；
（2）①氧气发生还原反应，通入O2的电极是正极，故答案为：正；
②SO2发生氧化反应，失去电子，生成硫酸根离子，由电荷守恒可知有氢离子生成，电极反应式为：SO2-2e-+2H2O=SO42-+4H+，
故答案为：SO2-2e-+2H2O=SO42-+4H+；
③左侧产生的部分氢离子通过质子交换膜移向右侧，右侧氧气获得电子，酸性条件下生成水，若此过程中转移了0.2mol电子，则通过质子交换膜的氢离子为0.2mol，根据电子转移守恒，反应的二氧化硫为$\frac{0.2mol}{2}$=0.1mol，质量为0.1mol×64g/mol=6.4g，反应的氧气为$\frac{0.2mol}{4}$=0.05mol，氧气质量为0.05mol×32g/mol=1.6g，则质子膜两侧电解液的质量变化差：△m左-△m右=m（SO2）-m（H+）-[m（O2）+m（H+）]=6.4g-1.6g-2×0.2mol×1g/mol=4.4g，
故答案为：4.4g．
点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、平衡常数、原电池原理及计算，（2）中计算为易错点、难点，学生容易忽略质子的移动，难度较大．
名校课堂系列答案
ClO2作为消毒剂在消毒过程中对人体无毒无害，具有广泛的应用前景．某同学用下图所示的装置制备ClO2气体，反应原理为饱和草酸溶液与KClO3粉末在60℃时反应制得ClO2（温度过高或过低都会影响制气效率）（1）将1.0mol CH4和2.0mol H2O（g）通入反应室（容积为100L），在一定条件下发生反应：CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g）…I，CH4的转化率与温度、压强的关系如图1．
①已知100℃时达到平衡所需的时间为5min，则用H2表示的平均反应速率为0.003 mol•L-1•min-1．
②图中的P1＜P2（填“＜”、“＞”或“=”），100℃时平衡常数为2.25×10-4．
③在其它条件不变时降低温度，逆反应速率将减小（填“增大”“减小”或“不变”）．
（2）压强为0.1MPa条件下，a mol CO与3a mol H2的混合气体在催化剂作用下能自发反应生成甲醇：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）…Ⅱ．
④该反应的△H＜0，△S＜0（填“＜”、“＞”或“=”）．
⑤若容器容积不变，下列措施可增加甲醇产率的是BD．
A．升高温度 B．将CH3OH（g）从体系中分离出来C．充入He，使体系总压强增大 D．再充入l mol CO和3mol H2
⑥为了寻找合成甲醇的温度和压强的适宜条件，某同学设计了三组实验，部分实验条件已经填在下面实验设计的表中．
| 实验编号 | T（℃） | n （C）/n | P（MPa） |
| Ⅰ | 150 | $\frac{1}{3}$ | 0.1 |
| Ⅱ | 150 | $\frac{1}{3}$ | 5 |
| Ⅲ | 350 | $\frac{1}{3}$ | 5 |
B．根据反应Ⅱ的特点，在给出的坐标图中，画出其在0.1MPa和5MPa条件下CO的转化率随温度变化的趋势曲线示意图2，并标明各条曲线的压强．
| A． | AlCl3 | B． | CuCl2 | C． | FeCl2 | D． | HCl |