Question

17．工业上以硫为原料生产硫酸，已知4g硫完全可放出aKJ的热，则
（1）硫燃烧热的热化学方程式为S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=-8akJ/mol．硫酸生产过程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
（2）该化学反应在低温条件下自发．
（3）生产中为提高反应速率和SO₂的转化率，下列措施可行的是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
（4）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BDE
A．第一次平衡时反应放出的热量为294.9kJ
B．气体物质的量不发生变化是该反应达平衡的标志．
C．两次平衡SO₂的转化率相等．
D．两次平衡时的O₂体积分数相等
E．第二次平衡时SO₃的体积分数等于2/9
（5）某温度下将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0.8．则该温度下的平衡常数K=16．
（6）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550°C，SO₂转化率已经较高，并比较不同压强下的平衡常数：K（0.10MPa）=K（1.0MPa）．

Answer 1

分析 （1）根据n=$\frac{m}{M}$计算出4gS单质的物质的量，然后可计算出1molS单质燃烧放出的热量，再根据热化学方程式的书写原则解答；
（2）根据△H-T△S＜0反应自发进行分析；
（3）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；
（4）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．该反应前后气体体积不相等，则物质的量不变时得到平衡状态；
C．恒温恒压，两次达到平衡状态相同分析计算判断；
D．恒温恒压，两次达到平衡状态相同分析判断
E．根据A计算可知，原平衡时SO₃的体积分数为$\frac{1mol}{4.5mol}$=$\frac{2}{9}$；
（5）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；
（6）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）4gS的物质的量为：$\frac{4g}{32g/mol}$=$\frac{1}{8}$mol，则1molS单质完全燃烧放出的热量为：akJ×$\frac{1mol}{\frac{1}{8}}$=8akJ，则硫单质燃烧的热化学方程式为：S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=-8akJ/mol，
故答案为：S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=-8akJ/mol；
（2）反应2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1为放热反应，△H＜0，该反应为气体体积缩小的反应，则△S＜0，若反应能够自发进行，应该满足△H-T△S＜0，则该反应需要在低温下自发进行，
故答案为：低温；
（3）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；
故答案为：A；
（2）A．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．该反应为气体体积变化的反应，当气体物质的量不发生变化时说明该反应达到平衡状态，故B正确；
C.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C错误；
D．依据B分析可知等效平衡状态，氧气体积分数相同，故D正确；
E．原平衡时SO₃的体积分数为$\frac{1mol}{4.5mol}$=$\frac{2}{9}$，两个平衡为等效平衡，则第二次平衡时SO₃的体积分数为$\frac{2}{9}$，故E正确；
故答案为：BDE； 
（5）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0.8，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）  8       4         8
平衡量（mol/L）  2       1         8
则500℃时的平衡常数为：K=$\frac{{8}^{2}}{{2}^{2}×1}$=16
故答案为：16；
（6）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，即K（0.10MPa）=K（1.0MPa），
故答案为：常压下550°C，SO₂转化率已经较高；=．

点评 本题考查了化学平衡的计算，题目难度中等，涉及化学平衡常数的计算、热化学方程式书写、化学平衡及其影响等知识，试题知识点较多、综合性较强，充分考查了学生的分析能力及化学计算能力．