Question

工業(yè)制硫酸生產流程如圖所示，請回答下列有關問題：

（1）早期造氣時用黃鐵礦（主要成分為FeS₂）為原料，同時生成一種紅棕色固體，此反應的化學方程式是

 

；但現(xiàn)在工廠生產硫酸用硫磺為原料，其原因是

 

．
（2）已知298K時，2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-197kJ?mol^-1，在相同溫度下，向固定體積的密閉容器中通入2mol SO₂和1mol O₂，達到平衡時放出熱量Q₁；向另一個相同體積的密閉容器中通入1mol SO₂和0.5mol O₂，達到平衡時放出熱量為Q₂．則下列關系中正確的是

 

（填編號）．
A． Q₂＞

Q1

2

   B．Q₂=

Q1

2

   C．Q₂＜Q₁＜197kJ    D．Q₂=Q₁=197kJ
（3）下列描述能說明上述（2）中反應已達到平衡的是

 

（填編號）．
A．v_E（O₂）=2v_逆（SO₃）
B．容器內氣體的平均相對分子質量不隨時間而變化
C．容器內氣體的密度不隨時間而變化
D．容器內氣體的分子總數(shù)不隨時間而變化
（4）某溫度下，在容積為VL的容器中加入2n mol SO₂和 n mol O₂，反應10min達平衡時O₂的轉化率為a．若此溫度下（2）中反應的平衡常數(shù)為K，則K=

 

 （用含V、n、a代數(shù)式表示，下同），用SO₂表示的平均反應速率為

 

．
（5）精制爐氣（含SO₂的體積分數(shù)為7%、O₂為11%、N₂為82%）中SO₂平衡轉化率與溫度及壓強關系如圖所示．在實際生產中，SO₂催化氧化反應的條件選擇0.1MPa、450℃左右（對應圖中A點），而沒有選擇SO₂轉化率更高的B點對應的反應條件，其原因是

 

．

Answer 1

考點：工業(yè)制取硫酸,化學平衡狀態(tài)的判斷,化學平衡的計算

專題：化學平衡專題,氧族元素

分析：原料氣SO₂經凈化干燥，在催化反應室，被氧氣氧化生成SO₃，在吸收塔98.3%硫酸吸收SO₃生成發(fā)煙硫酸，經稀釋生成硫酸進入儲存室．
根據(jù)題干條件結合工業(yè)制硫酸的步驟和原理進行分析判斷和計算；
（1）主要是掌握硫鐵礦的成分和化學式的書寫；
（2）根據(jù)可逆反應分析熱量變化；
（3）從速率和化學平衡角度分析平衡狀態(tài)；
（4）根據(jù)三段式分析平衡常數(shù)表達式及反應速率；
（5）根據(jù)壓強對設備的影響分析；

解答： 解：原料氣SO₂經凈化干燥，在催化反應室，被氧氣氧化生成SO₃，在吸收塔98.3%硫酸吸收SO₃生成發(fā)煙硫酸，經稀釋生成硫酸進入儲存室．
（1）黃鐵礦主要含有FeS₂，利用FeS₂和氧氣反應制取二氧化硫氣體；缺點是黃鐵礦為原料的生產中產生的廢棄物太多，處理成本高；
故答案為：4FeS₂+11O₂

高溫  .

2Fe₂O₃+8SO₂；黃鐵礦為原料的生產中產生的廢棄物太多，處理成本高；
（2）因為是可逆反應，2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-197kJ?mol^-1，在相同溫度下，向固定體積的密閉容器中通入2mol SO₂和1mol O₂，放出的熱量Q₁小于197kJ；1mol SO₂和0.5mol O₂，達到平衡時放出熱量為Q₂小于Q₁；
故答案為：C；
（3）A．2v_E（O₂）=v_逆（SO₃），才能說明反應達到平衡，A錯誤；
B．容器內氣體的平均相對分子質量一直增大，當不隨時間而變化，反應達到平衡，B正確；
C．容器內氣體的密度自始至終不隨時間而變化，不能判斷反應是否平衡，C錯誤；
D．容器內氣體的分子總數(shù)逐漸減小，當不隨時間而變化，反應達到平衡，D正確
故選BD；
（4）根據(jù)題意：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
 初始（mol）   2n       n         0
轉化（mol）    2na      na        2na
平衡（mol）   2n-2na    n-na      2na
此溫度下該反應的平衡常數(shù)為K=

( 2na V )2

( 2n-2na V )2( n-na V )

=

a2V

n(1-a)3

；
用SO₂表示的平均反應速率V（SO₂）=

2namol

VL?10min

=

na

5V

mol?L^-1?min^-1；
故答案為：

a2V

n(1-a)3

；

na

5V

mol?L^-1?min^-1；
（5）在實際生產中，SO₂催化氧化反應的條件選擇0.1MPa、450℃左右（對應圖中A點），而沒有選擇SO₂轉化率更高、壓強更高的B點對應的反應條件，因為壓強越大對設備的投資越大，但再提高壓強，SO₂的轉化率提高很小，得不償失；
故答案為：因為壓強越大對設備的投資越大，但再提高壓強，SO₂的轉化率提高很�。�

點評：本題考查了工業(yè)制硫酸的原理、原料的成分和含量計算、工藝流程中的主要問題問題，重點考查了化學平衡的影響因素、平衡計算等知識．