Question

硫酸用途十分广泛，工业上合成硫酸时，将SO₂转化为催化氧化是一个关键步骤．请回答下列问题：
（1）该反应在恒温恒容密闭容器中进行，判断其达到平衡状态的标志是

 

．（填字母）
a．SO₂和SO₃浓度相等              b．SO₂百分含量保持不变
c．容器中气体的压强不变           d．SO₃的生成速率与SO₂的消耗速率相等
e．容器中混合气体的密度保持不变
（2）某温度下，2SO₂（g）+O₂（g） 

催化剂

△

2SO₃（g）△H=-196kJ?mol^-1．在一个固定容积为5L的密闭容器中充入0.20mol SO₂和0.10mol O₂，半分钟后达到平衡，测得容器中含SO₃为0.18mol，则v（O₂）=

 

mol?L^-1?min^-1，放出的热量为

 

 kJ．
（3）一定温度时，SO₂的平衡转化率（α）与体系总压强（p）的关系如图所示．试分析工业生产中采用常压的原因是

 

．
（4）将一定量的SO₂和0.7mol O₂放入一定体积的密闭容器中，在550℃和催化剂作用下发生反应．反应达到平衡后，将容器中的混合气体通过过量NaOH溶液，气体体积减少了21.28L；再将剩余气体通过焦性没食子酸的碱性溶液吸收O₂，气体的体积又减少了5.6L（以上气体体积均为标准状况下的体积）．则该反应达到平衡时SO₂的转化率是多少？（要写出计算过程，计算结果保留一位小数．）

Answer 1

考点：化学平衡状态的判断,反应速率的定量表示方法,化学平衡的影响因素,化学平衡的计算

专题：化学平衡专题

分析：（1）化学反应达到化学平衡状态时，正逆反应速率相等，且不等于0，各物质的浓度不再发生变化，由此衍生的一些物理量不发生变化，以此进行判断，得出正确结论；（2）根据v=

△n V

t

进行计算；
（3）根据图象进行结合经济效益进行分析；
（4））混合气体通过过量NaOH溶液时，减少的气体是二氧化硫和三氧化硫，根据剩余氧气的量计算参加反应的氧气的量，根据参加反应的氧气的量计算参加反应的二氧化硫、三氧化硫的量，二氧化硫和三氧化硫混合气体体积减去三氧化硫的量就是未参加反应的二氧化硫的量，再根据转化率公式计算．

解答： 解：（1）2SO₂（g）+O₂（g） 

催化剂

△

2SO₃（g），
a．平衡时各物质的浓度大小关系取决于物质的起始物质的量和转化率，故SO₂和SO₃浓度相等不能作为判断是否达到平衡状态的依据，故a错误；
b．SO₂百分含量保持不变，说明二氧化硫的浓度不变，故可作为判断是否达到平衡状态的依据，故b准确；
c．应前后气体的体积不等，故容器中气体的压强不变可作为判断是否达到化学平衡状态的依据，故C正确；  
d．SO₃的生成速率是正反应速率，SO₂的消耗速率也是正反应速率，故不能作为判断是否达到平衡状态的依据，故d错误，
故答案为：bc；
（2）△n（O₂）=△n（SO₃）=0.5×0.18=0.09mol，v（O₂）=

△n(O2) V

t

=

0.09 5

0.5

=0.036mol?L^-1?min^-1，
Q=196kJ?mol^-1×0.09mol=17.64kJ，
故答案为：0.036；17.64；
（3）由图可知：在常压下该反应转化率已达95%，若再加压，转化率提高很少，但对设备要求高，同时要消耗大量的能源，不经济，
故答案为：在常压下该反应转化率已很高，若再加压，对设备要求高，同时要消耗大量的能源，不经济；
（4）混合气体通过过量NaOH溶液时，减少的气体是二氧化硫和三氧化硫，所以三氧化硫和未参加反应的二氧化硫的体积是21.28L，剩余氧气的体积是5.6L，则参加反应的氧气的体积=0.7mol×22.4L/mol-5.6L=10.08L，根据二氧化硫、三氧化硫和氧气的关系式知，参加氧化还原反应的二氧化硫的体积=10.08L×2=20.16L，生成三氧化硫的体积=10.08L×2=20.16L，则未参加氧化还原反应的二氧化硫的体积=21.28L-20.16L=1.12L，原来二氧化硫的体积=20.16L+1.12L=21.28L，所以二氧化硫的转化率=

20.16L

21.28L

×100%=94.7%，
答：该反应达到平衡时SO₂的转化率是94.7%．

点评：本题考查平衡状态的判断、影响化学平衡的因素、转化率的计算等知识点，难度中等．