题目内容
接触法制硫酸工艺中，其主反应在450℃并有催化剂存在下进行：2SO2（g）+O2（g）?2SO3（g）△H＜0
（1）该反应450℃时的平衡常数______500℃时的平衡常数（填“大于”、“小于”或“等于”）．
（2）该化学达到平衡的标志是______．
a．v（O2）正=2v（ SO3）逆 b．容器中气体的平均分子量不随时间而变化
c．容器中气体的密度不随时间而变化 d．容器中气体的分子总数不随时间而变化
（3）恒温、密闭容器体系中充入一定量SO2、O2，反应达平衡时，某物理量随体系总压强（p）的关系如图所示所示．该物理量可能是______．
a．平衡体系中SO2的体积分数
b．气体的平均相对分子质量
c．混合气体的密度
d．平衡体系中SO2的转化率
（4）在一个固定容积为5L的密闭容器中充入0.20mol SO2和0.10mol O2，半分钟后达到平衡，测得容器中含SO30.18mol，则v（O2）=______ mol?L-1?min-1：若继续通入0.20mol SO2和0.10mol O2，则平衡______移动（填“向正反应方向”、“向逆反应方向”或“不”），再次达到平衡后，______ mol＜n（SO3）＜______mol．
（5）压强及温度对SO2转化率的影响如表（原料气各成分的体积分数为：SO27%；O21l%；N2 82%）；
| 压强转化率温度 | 0.1MPa | 0.5MPa | 1MPa | 10MPa |
| 400℃ | 99.2% | 99.6% | 99.7% | 99.9% |
| 500℃ | 93.5% | 96.9% | 97.8% | 99.3% |
| 600℃ | 73.7% | 85.8% | 89.5% | 96.4% |
【答案】分析：（1）根据平衡常数大只与温度有关，对于吸热反应，升高温度，平衡正向移动，平衡常数增大，而对于放热反应，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小；
（2）根据化学平衡状态的特征分析，当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、质量、体积分数以及百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化，做题时要注意方程式前后气体的化学计量数的关系；
（3）根据压强增大，平衡向气体体积减小的方向移动，即正向移动，然后逐项分析；
（4）根据化学方程式求出反应的O2的物质的量，利用V=
=
求出氧气的速率；根据影响化学平衡的因素来判断平衡移动方向；利用极限法求出再次达平衡后n（SO3）的范围；
（5）根据题目提供的数据分析二氧化硫催化氧化的适宜条件和原因．从催化剂的催化活性去确定温度的选择，从反应进行程度的大小、设备的耐压性、控制成本等角度考虑；
解答：解：（1）2SO2（g）+O2（g）?2SO3（g）△H＜0，反应放热，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，所以反应450℃时的平衡常数大于500℃时的平衡常数，故答案为：大于；
（2）a、因化学方程式的系数之比等于化学反应中各物质的反应速率之比，v（O2）正=
v（ SO3）正，又因v（O2）正=2v（ SO3）逆，所以v（ SO3）正和v（ SO3）逆不相等，不是否达到平衡，故a错误；
b、气体的平均分子量等于
，根据质量守恒定律，反应过程中气体的总质量不变，该反应为气体的分子总数减少的反应，若混合气体的平均分子量不变，说明平衡混合物中各组成成分含量不变，反应达到平衡状态，故b正确；
c、气体的密度ρ=
，根据质量守恒定律，反应过程中气体的总质量不变，容器体积不变，气体的密度不会发生变化，故容器中气体的密度不随时间而变化，不能判断反应是否达到平衡，故c错误；
d、该反应为气体的分子总数减少的反应，当容器中气体的分子总数不随时间而变化时，平衡混合物中各组成成分含量不变，反应达到平衡状态，故d正确；
故选：b d．
（3）压强增大，平衡向气体体积减小的方向移动，即正向移动，
a．平衡体系中SO2的体积减少，体积分数减少，故a错误；
b．气体的平均分子量等于
，根据质量守恒定律，反应过程中气体的总质量不变，混合气体的总物质的量减少，混合气体的平均分子量增大，故b正确；
c．气体的密度ρ=
，根据质量守恒定律，反应过程中气体的总质量不变，容器体积不变，气体的密度不会发生变化，故c错误；
d．平衡体系中SO2的物质的量减少，即参加反应的SO2的物质的量增大，平衡体系中SO2的转化率增大，故d正确；
故选：b、d；
（4）当生成0.18molSO3时，参加反应的氧气的物质的量为x，
2SO2 +O2 ?2SO3
1 2
x 0.18mol
解得x=0.09mol
所以氧气的速率V=
=
=
=0.036mol?L-1?min-1；
继续通入0.30molSO2和0.15molO2，容器内压强增大，平衡向气体体积减小的方向移动，即向正反应方向移动；
用极限法求出n（SO3）的范围，假设平衡不移动，此时n（SO3）=0.18×2=0.36mol，假设0.40molSO2完全生成SO3，根据化学方程式2SO2+O2?2SO3可知n（SO3）=0.4mol，所以再次达到平衡时，0.36mol＜n（SO3）＜0.40mol，
故答案为：0.036；向正反应方向；0.36、0.40；
（6）2SO2（g）+O2（g）
2SO3（g））△H=-98.3kJ?mol-1，正方向为放热反应，从化学平衡移动条件分析应该采用低温高压．而根据表格中提供的数据发现，压强的增加引起SO2转化率的变化并不明显，所以工业上直接采用常压；同时反应中使用催化剂，为了使催化剂的催化活性最强，根据表格中提供的数据应该采用400℃～500℃，故答案为：
400℃～500℃；0.1；
点评：本题是一道综合题，有一定的难度，考查的知识点较多，知识面广，应加强平时知识的积累．
（2）根据化学平衡状态的特征分析，当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、质量、体积分数以及百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化，做题时要注意方程式前后气体的化学计量数的关系；
（3）根据压强增大，平衡向气体体积减小的方向移动，即正向移动，然后逐项分析；
（4）根据化学方程式求出反应的O2的物质的量，利用V=
=求出氧气的速率；根据影响化学平衡的因素来判断平衡移动方向；利用极限法求出再次达平衡后n（SO3）的范围；（5）根据题目提供的数据分析二氧化硫催化氧化的适宜条件和原因．从催化剂的催化活性去确定温度的选择，从反应进行程度的大小、设备的耐压性、控制成本等角度考虑；
解答：解：（1）2SO2（g）+O2（g）?2SO3（g）△H＜0，反应放热，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，所以反应450℃时的平衡常数大于500℃时的平衡常数，故答案为：大于；
（2）a、因化学方程式的系数之比等于化学反应中各物质的反应速率之比，v（O2）正=
v（ SO3）正，又因v（O2）正=2v（ SO3）逆，所以v（ SO3）正和v（ SO3）逆不相等，不是否达到平衡，故a错误；b、气体的平均分子量等于
，根据质量守恒定律，反应过程中气体的总质量不变，该反应为气体的分子总数减少的反应，若混合气体的平均分子量不变，说明平衡混合物中各组成成分含量不变，反应达到平衡状态，故b正确；c、气体的密度ρ=
，根据质量守恒定律，反应过程中气体的总质量不变，容器体积不变，气体的密度不会发生变化，故容器中气体的密度不随时间而变化，不能判断反应是否达到平衡，故c错误；d、该反应为气体的分子总数减少的反应，当容器中气体的分子总数不随时间而变化时，平衡混合物中各组成成分含量不变，反应达到平衡状态，故d正确；
故选：b d．
（3）压强增大，平衡向气体体积减小的方向移动，即正向移动，
a．平衡体系中SO2的体积减少，体积分数减少，故a错误；
b．气体的平均分子量等于
，根据质量守恒定律，反应过程中气体的总质量不变，混合气体的总物质的量减少，混合气体的平均分子量增大，故b正确；c．气体的密度ρ=
，根据质量守恒定律，反应过程中气体的总质量不变，容器体积不变，气体的密度不会发生变化，故c错误；d．平衡体系中SO2的物质的量减少，即参加反应的SO2的物质的量增大，平衡体系中SO2的转化率增大，故d正确；
故选：b、d；
（4）当生成0.18molSO3时，参加反应的氧气的物质的量为x，
2SO2 +O2 ?2SO3
1 2
x 0.18mol
解得x=0.09mol
所以氧气的速率V=
===0.036mol?L-1?min-1；继续通入0.30molSO2和0.15molO2，容器内压强增大，平衡向气体体积减小的方向移动，即向正反应方向移动；
用极限法求出n（SO3）的范围，假设平衡不移动，此时n（SO3）=0.18×2=0.36mol，假设0.40molSO2完全生成SO3，根据化学方程式2SO2+O2?2SO3可知n（SO3）=0.4mol，所以再次达到平衡时，0.36mol＜n（SO3）＜0.40mol，
故答案为：0.036；向正反应方向；0.36、0.40；
（6）2SO2（g）+O2（g）
2SO3（g））△H=-98.3kJ?mol-1，正方向为放热反应，从化学平衡移动条件分析应该采用低温高压．而根据表格中提供的数据发现，压强的增加引起SO2转化率的变化并不明显，所以工业上直接采用常压；同时反应中使用催化剂，为了使催化剂的催化活性最强，根据表格中提供的数据应该采用400℃～500℃，故答案为：400℃～500℃；0.1；
点评：本题是一道综合题，有一定的难度，考查的知识点较多，知识面广，应加强平时知识的积累．
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