Question

9．工业制硫酸时，将SO₂转化为SO₃是一个关键的步骤．

（1）某温度，SO₂（g）+1/2O₂（g）?SO₃（g）△H=-98kJ•mol^-1．开始时在100L的密闭容器中加4.0mol SO₂（g）和10.0mol O₂（g），当达到平衡时共放出热量196kJ，该温度下平衡常数K=_3.33
（2）某人设想以如图1所示装置用电化学原理生产硫酸，写出通入SO₂的电极的电极反应式：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺．
（3）常温，BaSO₄的K_sp=1.08×10^-10．将等体积的BaCl₂溶液与2.0×10^-3 mol•L^-1的Na₂SO₄溶液混合．若要生成BaSO₄沉淀，BaCl₂溶液的最小浓度2.16×10^-7mol/L．
（4）将一定量的SO₂（g）和O₂（g）放入某固定体积的密闭容器中，在一定条件下，c（SO₃）的变化如下图所示．若在第5分钟将容器的体积缩小一半后，在第8分钟达到新的平衡（此时SO₃的浓度为0.25mol•L^-1）．请在图2中画出此变化过程中SO₃（G）浓度的变化曲线．

Answer 1

分析 （1）利用三段式法计算平衡浓度，根据平衡常数表达式计算；
（2）原电池负极发生氧化反应，SO₂被氧化生成SO₄^2-；
（3）计算混合后硫酸根的浓度，根据K_sp（BaSO₄）=c（Ba²⁺）•c（SO₄^2-）计算硫酸根沉淀时溶液中c（Ba²⁺），原氯化钡溶液为此时钡离子浓度的2倍，注意溶液混合后各种物质的浓度降为原来的一半；
（4）在第5分钟末将容器的体积缩小一半后，压强增大平衡正向进行，若在第8分钟末达到新的平衡（此时SO₃的浓度约为0.25mol/L），依据三氧化硫浓度变化，和平衡浓度画出变化图象．

解答 解：（1）SO₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?SO₃（g）；△H=-98kJ•mol^-1，在100L的密闭容器中加入4.0mol SO₂（g）和10.0molO₂（g），当反应达到平衡时共放出热量196kJ，则消耗SO₂ 2mol，
SO₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?SO₃（g）；△H=-98kJ•mol^-1，
起始 4.0mol 10.0mol 0
转化 2.0mol 1.0mol 2mol
平衡 2.0mol 9.0mol 2mol
则平衡时：c（SO₂）=0.02mol/L，c（O₂）=0.09mol/L，c（SO₃）=0.02mol/L，
所以k=$\frac{0.02}{0.02×\sqrt{0.09}}$=3.33，
故答案为：3.33；
（2）依据图装置分析，二氧化硫失电子发生氧化反应，二氧化硫被氧化为三氧化硫溶于水生成硫酸，电极反应为：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；故答案为：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；
（3）等体积混合后，c（SO₄^2-）=$\frac{1}{2}$×2.0×10^-3mol/L=1.0×10^-3mol/L，故BaSO₄沉淀所需Ba²⁺离子的最小浓度为c（Ba²⁺）=$\frac{1.08×10{\;}^{-10}}{10{\;}^{-3}}$mol/L=1.08×10^-7mol/L，故原BaCl₂溶液的浓度为2×1.08×10^-7mol/L=2.16×10^-7mol/L，
故答案为：2.16×10^-7mol/L；
（4）在第5分钟末将容器的体积缩小一半后，压强增大平衡正向进行，若在第8分钟末达到新的平衡（此时SO₃的浓度约为0.25mol/L），依据三氧化硫浓度变化和平衡浓度画出变化图象为，故答案为：．

点评 本题考查了化学平衡常数的有关计算、影响化学平衡的因素、平衡图象、原电池等，题目难度中等，试题是对学生综合能力的考查，注意基础知识的理解掌握．