Question

利用催化氧化反应将SO₂转化为SO₃是工业上生产硫酸的关键步骤．已知：SO₂（g）+O₂（g）?SO₃（g）+98kJ
（1）某温度下该反应的平衡常数K=，若在此温度下，向100L的恒容密闭容器中，充入3.0mol SO₂（g）、16.0mol O₂（g）和3.0mol SO₃（g），则反应开始时v（正）______v（逆）（填“＜”、“＞”或“=”）．
（2）一定温度下，向一带活塞的体积为20L的密闭容器中充入0.4mol SO₂和0.2mol O₂，达到平衡后体积变为16L，则平衡后SO₂转化的百分率为______．
（3）在（2）中的反应达到平衡后，改变下列条件，能使SO₂（g）平衡浓度比原来减小的是______（填字母）．
A．保持温度和容器体积不变，充入0.2mol O₂
B．保持温度和容器内压强不变，充入0.4mol SO₃
C．降低温度
D．移动活塞压缩气体
（4）若以图所示装置，用电化学原理生产硫酸，为稳定持续生产，硫酸溶液的浓度应维持不变，则通入SO₂和水的质量比为______．

Answer 1

【答案】分析：（1）根据浓度商与平衡常数的大小判断反应进行的方向；
（2）先根据平衡常数计算出c（SO₂），再根据转化率公式求出SO₂的转化率；
（3）根据浓度、温度、压强等外界条件对化学平衡的影响，求出平衡移动后c（SO₂），
（4）根据SO₂、O₂和水形成硫酸溶液的浓度为50%，求出SO₂和水的质量比．
解答：解：（1）因为浓度商Q_C==2.5＞K，所以化学反应正向进行，即v（正）＞v（逆），故答案为：＞；    
    （2）根据P_前/P_后=n_前/n_后 可得，n_后=0.48mol 
                    SO₂（g）+O₂（g）?SO₃（g）
 开始（mol）         0.4        0.2                0
 反应（mol）          a        a                a 
 平衡（mol）        0.4-a      0.2- a            a 
                 则：（0.4-a）+（0.2-a）+a=0.48
                              a=0.24 
                 所以SO₂的转化率α=×100%=60%，故答案为：60%；        
（3）A、保持温度和容器体积不变，O₂的浓度增大，平衡正向移动，SO₂的浓度减小，所以A正确；    
     B、保持温度和容器内压强不变，充入0.4mol SO₃，新的平衡与原平衡等效，SO₂的浓度不变，所以B错误；
     C、降低温度，平衡向放热的方向移动，而正反应为放热，所以平衡正向移动，SO₂的浓度减小，所以C正确；
     D、移动活塞压缩气体，SO₂的浓度瞬间增大，之后平衡向气体体积减少的方向移动，即向正反应方向移动，SO₂的浓度减小，再次到达平衡时SO₂的浓度仍比原来大，所以D错误．
 故答案为：A、C；
（4）设：SO₂和水的质量分别为a、b       
         SO₂ +H₂O?H₂SO₃
         64   18   82
         a     
^₂H₂SO₃ +O₂═^₂H₂SO₄
          164        196
                     
     则：硫酸溶液的质量百分数为 ×100%=50%，
     所以a：b=16：29，故答案为：16：29．
点评：本题考查了化学平衡的有关知识，如利用浓度商判断化学反应进行的方向，转化率的计算、外界条件对化学平衡的影响以及有关化学计算，试题较灵活，综合性强．