Question

硫酸生产主要有硫磺法和硫铁矿法等，这两种制法均经过催化氧化步骤．
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ?mol^-1
（1）钒触媒（V₂O₅）能加快SO₂的氧化速率，此过程中SO₂先与V₂O₅反应生成V₂O₄．该过程的化学方程式可表示为

 

．
（2）在恒温恒容的密闭容器中，充入一定量的SO₂和O₂发生反应，下列状态说明反应达到限度的是

 

（填字母）．
A．c（SO₂）=c（SO₃）的状态
B．混合气体平均分子量保持不变的状态
C．单位时间生成2n mol的SO₂同时生成n mol的O₂的状态
D．V（SO₂）_正=2V（O₂）_逆的状态
（3）一定温度时，SO₂的平衡转化率（α）与体系总压强（p）的关系如图甲所示．试分析工业生产中采用常压的原因是

 

．
（4）在一密闭容器中充入4mol SO₂和一定量O₂，当放出353.6kJ热量时，SO₂的转化率最接近于

 

（填字母）．
A．40%    B．50%    C．80%    D．90%
20mL 0.025mol/L溴水尾气
（5）硫酸工业尾气中二氧化硫含量超过0.05%（体积分数）时需要加以处理后才能排放．现用图乙所示装置测定尾气中SO₂的含量，当通入尾气11.2L（标准状况下测定）时，溶液恰好褪色．则该尾气中二氧化硫含量（体积分数）为

 

（6）在温度相同、体积均为1L的三个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时的有关数据如下．已知：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ?mol^-1．

容  器	甲	乙	丙
反应物投入量	2mol SO2、1mol O2	2mol SO3	m mol SO2、n mol O2、 p mol SO3
c（SO3）/mol?L-1	1.4	1.4	1.4
能量变化	放出a kJ	吸收b kJ	吸收c kJ
SO2或SO3的转化率	α1	α2	12.5%

则：α₁+α₂=

 

，p=

 

mol，b+c=

 

kJ．

Answer 1

考点：热化学方程式,化学平衡的影响因素,化学平衡状态的判断,等效平衡

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）根据钒触媒（V₂O₅）能加快SO₂的氧化速率，此过程中SO₂先与V₂O₅反应生成V₂O₄，可看出钒元素的化合价从+5价降为+4价，所以，二氧化硫中的硫从+4价上升为+5价；
（2）依据化学平衡标志是正逆反应速率相同，各成分含量保持不变，据此分析判断选项；
（3）从图象中可以看出，当压强为0.1KPa时，SO₂的转化率为0.90，当压强为1.0KPa时，SO₂的转化率为0.95；
（4）由2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），△H=-196.6kJ?mol^-1，则1mol SO₂完全反应，放出98.2kJ的热量，利用物质的量与放出的热量成正比计算反应的二氧化硫，以此计算SO₂的转化率；
（5）计算二氧化硫的含量，根据硫酸工业尾气中二氧化硫含量超过0.05%（体积分数）时不能任意排放来回答；
（6）2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）；△H=-98.3kJ?mol^-1，该反应为放热反应，恒温、恒容，放出的能量以及转化率与参加反应的物质的物质的量成正比．

解答： 解：（1）SO₂先与V₂O₅反应生成V₂O₄，V₂O₅参与反应作氧化剂，本身被还原为V₂O₄则二氧化硫被氧化为三氧化硫，
故答案为：SO₂+V₂O₅?V₂O₄+SO₃；
（2）2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ?mol^-1，说明反应是气体体积减小的放热反应，则
A．c（SO₂）=c（SO₃）的状态，SO₂和SO₃浓度相等，无法判断正逆反应速率是否相等，故A错误；
B．混合气体质量不变，气体物质的量变化，当混合气体平均分子量保持不变的状态，说明反应达到平衡状态，故B正确；
C．单位时间生成2n mol的SO₂同时生成n mol的O₂的状态，是指反应逆向进行，不能说明费用达到平衡状态，故C错误；
D．V（SO₂）_正=2V（O₂）_逆的状态，说明压强正逆反应速率相同，证明反应达到平衡状态，故D正确；
故答案为：BD．
（3）当压强为0.1KPa时，SO₂的转化率为0.90，SO₂的转化率已很高，当压强为1.0KPa时，SO₂的转化率为0.95；
此时，对设备、能源都有很高的要求，压强的增加引起SO₂转化率的变化并不明显，经济上不划算，
故答案为：在常压时，SO₂的转化率已很高，若加压，则对设备、能源等有较高的要求，经济上不划算；
（4）设反应的二氧化硫为x，则
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），△H=-196.6kJ?mol^-1
2mol                        196.6kJ
 x                          353.6kJ

2

x

=

196.6

353.6

，解得x=3.6mol，
所以SO₂的转化率为

3.6

4

×100%=90%，
故选：D；
（5）根据反应SO₂+I₂+2H₂O═H₂SO₄+2HI，n（SO₂）=n（I₂）=20×10^-3 L×0.025 mol/L=0.0005 mol，V（SO₂）=0.0005 mol×22.4 L/mol=0.0112 L
V（SO₂）%=

0.0112L

11.2L

×100%=0.1%，
故答案为：0.1%；
（6）在温度相同、体积均为1L的三个密闭容器中，SO₃的物质的量均为1mol．化学平衡状态的达到与化学反应途径无关．在相同的条件下，可逆反应，无论从正反应开始还是从逆反应开始，还是从既有反应物又有生成物开始，达到的化学平衡状态是相同的，平衡混合物中各组成物质的百分含量保持不变，就是等效平衡．三个密闭容器，保持恒温、恒容，最终c（SO₃）=1.4 mol?L^-1．三个容器中的反应为等效平衡．体积均为1L，最终n（SO₃）=1.4 mol．
甲                  2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）；△H=-196.6kJ?mol^-1．
起始量（mol）      2           1        0
变化量 （mol）    1.4         0.7       1.4       196.6kJ×

1.4

2

=137.62KJ     
平衡量 （mol）    0.6         0.3                     
故a=137.62，α₁=

1.4

2

=0.7，
乙容器保持恒温、恒容，和甲容器中反应为等效平衡．故b=196.6kJ×（2-1.4）×

1

2

=58.98kJ．该反应从三氧化硫开始，α₂=

2-1.4

2

=0.3，α₁+α₂=0.7+0.3=1．
丙                2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）；△H=-196.6kJ?mol^-1．吸收ckJ说明反应从逆反应方向开始．
起始量（mol）      m       n           p
变化量 （mol）    0.2     0.1     1.4÷（1-12.5%）-1.4          
平衡量 （mol）   m+0.2  n+0.1         1.4       
P=1.4÷（1-12.5%）=1.6，c=196.6kJ×（1.6-1.4）×

1

2

=19.66KJ
b+c=58.98KJ+19.66KJ=78.64kJ，
故答案为：1；1.6；78.64．

点评：本题考查了硫酸的工业制取的生产原理应用．解题时需注意利用信息进行判断和书写化学方程式．该题还需掌握化学平衡的计算的基本方法，题目难度较大．