题目内容

12．工业上以黄铁矿为原料生产硫酸，其中重要的一步是催化氧化（生产中保持恒温恒容条件）：2SO2（g）+O2（g）?2SO3（g）△H=-196.6kJ•mol-1
（1）生产中为提高反应速率和SO2的转化率，下列措施可行是A．
A．向装置中充入O2              B．升高温度
C．向装置中充入N2              D．向装置中充入过量的SO2
（2）恒温恒压，通入3mol SO2 和2mol O2及固体催化剂，平衡时容器内气体体积为起始时的90%．保持同一反应温度，在相同容器中，将起始物质的量改为 5mol SO2（g）、3.5mol O2（g）、1mol SO3（g），下列说法正确的是CD
A．第一次平衡时反应放出的热量为294.9kJ  B．两次平衡SO2的转化率相等
C．两次平衡时的O2体积分数相等         D．第二次平衡时SO3的体积分数等于2/9
（3）500℃时将10mol SO2和5.0mol O2置于体积为1L的恒容密闭容器中，SO2转化为SO3的平衡转化率为0.95．则500℃时的平衡常数K=1.444x103．
（4）550℃，A、B表示不同压强下的平衡转化率（如图），通常工业生产中采用常压的原因是常压下400～500°C，SO2转化率已经很高了，加压必须增大投资以解决增加设备和提供能量问题，并比较不同压强下的平衡常数：K（0.10MPa）=K（1.0MPa）．

分析 （1）该反应是一个反应前后气体体积减小的放热反应，欲提高SO2的转化率，则改变条件使平衡向正反应方向移动；
（2）A、根据体积之比等于物质的量之比计算平衡时混合气体总的物质的量，再利用差量法计算参加反应的二氧化硫的物质的量，结合热化学方程式计算放出的热量；
B、恒温恒压，两次达到平衡状态相同分析计算判断；
C、恒温恒压，两次达到平衡状态相同分析判断
D、根据A计算可知，原平衡时SO3的体积分数为$\frac{1mol}{4.5mol}$=$\frac{2}{9}$；
（3）依据化学平衡三段式计算平衡浓度，结合平衡常数概念计算；
（4）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，平衡常数随温度变化；

解答 解：（1）A．向装置中充入过量的O2，化学平衡正向移动，会提高二氧化硫转化率，故A正确；
B．升高温度，化学平衡逆向移动，二氧化硫的转化率减小，故B错误．
C．向装置中充入N2，化学平衡不会移动，不会提高二氧化硫转化率，故C错误；
D．向装置中充入过量的SO2，二氧化硫转化率降低，故D错误；
故选：A；
（2）由题意气体体积为起使时的90%，则反应后总的物质的量为起始时的90%，平衡时总物质的量为（3mol+2mol）×90%=4.5mol，则平衡时各组成物质的量变化为：
  2SO2+O2?2SO3 物质的量减少△n
  2    1    2              1
1mol  0.5mol 1mol  （3mol+2mol）-4.5mol=0.5mol
此时放出的热量为196.6KJ×$\frac{0.5mol}{1mol}$=98.3KJ，故A错误；
B、2SO2+O2?2SO3
起始量（mol）  3     2     0
变化量（mol）  x    0.5x   x
平衡量（mol）3-x   2-0.5x  x
反应后总的物质的量为起始时的90%，3-x+2-0.5x+x=4.5，x=1mol，二氧化硫转化率=$\frac{1mol}{3mol}$×100%=$\frac{1}{3}$；
保持同一反应温度，在相同容器中，将起始物质的量改为 5mol SO2（g）、3.5mol O2（g）、1mol SO3（g），转化为起始量为6molSO2（g）、4molO2，恒压条件下两次平衡时等效平衡，平衡后二氧化硫应为4mol，转化率=$\frac{1mol}{5mol}$×100%=20%，故B错误；
C、依据B分析可知等效平衡状态，氧气体积分数相同，故C正确；
D、原平衡时SO3的体积分数为$\frac{1mol}{4.5mol}$=$\frac{2}{9}$，故D正确；
故答案为：CD； 
（3）500℃时将10mol SO2和5.0mol O2置于体积为1L的恒容密闭容器中，SO2转化为SO3的平衡转化率为0.95，反应的二氧化硫物质的量=9.5mol；
                2SO2 +O2 ?2SO3
起始量（mol/L）  10      5       0
变化量（mol/L）  9.5     4.75    9.5
平衡量（mol/L）  0.5     0.25     9.5
则500℃时的平衡常数K=$\frac{9．{5}^{2}}{0．{5}^{2}×0.25}$=1.444x103；
故答案为：1.444x103；
（4）从图象中可以看出，常压SO2就可以达到较高的转化率，压强的增加引起SO2转化率的变化并不明显，加压必须增大投资以解决增加设备和提供能量问题，所以工业上直接采用常压，平衡常数随温度变化，不随压强变化，平衡常数不变；
故答案为：常压下400～500°C，SO2转化率已经很高了，加压必须增大投资以解决增加设备和提供能量问题，=．

点评 本题考查了平衡影响因素，平衡计算分析，注意平衡建立和反应条件选择的方法和依据，平衡常数计算应用，掌握基础是关键，题目难度中等．

练习册系列答案
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7．相同温度下，在体积相等的三个恒容密闭容器中发生可逆反应：
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容器编号起始时各物质物质的量/mol平衡时反应中的能量变化
N2H2NH3
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下列叙述正确的是（　　）
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