Question

2．硫酸生產(chǎn)主要有硫磺法和硫鐵礦法等，這兩種制法均經(jīng)過(guò)催化氧化步驟．
（1）釩觸媒（V₂O₅）能加快SO₂的氧化速率，V₂O₅的催化循環(huán)機(jī)理可能為：V₂O₅氧化SO₂時(shí)，自身被還原為四價(jià)釩化合物；四價(jià)釩化合物再被氧氣氧化．寫出該催化循環(huán)機(jī)理的化學(xué)方程式SO₂+V₂O₅═SO₃+2VO₂，4VO₂+O₂═2V₂O₅．
（2）已知：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1．
恒溫條件下，容積為1L的恒容容器中，硫可以發(fā)生如下轉(zhuǎn)化，其反應(yīng)過(guò)程和能量關(guān)系如圖所示．
①寫出能表示硫的燃燒熱的熱化學(xué)方程式為S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=-297kJ•mol^-1．
②在相同條件下，充入1molSO₃和0.5mol的O₂則達(dá)到平衡時(shí)SO₃的轉(zhuǎn)化率為20%，此時(shí)該反應(yīng)吸收19.66kJ的能量．
（3）在溫度相同、體積均為1L的三個(gè)密閉容器中，按不同方式投入反應(yīng)物，保持恒溫、恒容，測(cè)得反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的有關(guān)數(shù)據(jù)如下．
已知：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1．

容  器	甲	乙	丙
反應(yīng)物投入量	2mol SO2、1mol O2	2mol SO3	4mol SO2、2mol O2、
平衡時(shí)n（SO3）	1.6mol	n2	n3
能量變化	放出a kJ	吸收b kJ	放出c kJ
SO2或SO3的轉(zhuǎn)化率	α1	α2	α3

則：①α₁+α₂=1，a+b=196.6kJ．
②計(jì)算在該溫度下此反應(yīng)的平衡常數(shù)為80．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)反應(yīng)物和生成物確定反應(yīng)的歷程；
（2）①燃燒熱是指1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物放出的熱量；
②根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)K計(jì)算出平衡時(shí)SO₃的轉(zhuǎn)化率，繼而計(jì)算出吸收的熱量；
（3）①恒溫、恒容條件下，甲、乙為等效平衡，平衡時(shí)各物質(zhì)的含量相同；根據(jù)甲容器計(jì)算各組分物質(zhì)的量變化量、平衡時(shí)各組分物質(zhì)的量，可以計(jì)算甲、乙中轉(zhuǎn)化率，結(jié)合熱化學(xué)方程式計(jì)算b，進(jìn)而得到甲、乙中轉(zhuǎn)化率之和及熱量a、b之和；
②根據(jù)甲中的相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算，平衡時(shí)生成n（SO₃）=1.6mol，可計(jì)算各物質(zhì)的平衡濃度，進(jìn)而計(jì)算平衡常數(shù)．

解答 解：（1）V₂O₅氧化SO₂時(shí)，自身被還原為四價(jià)釩化合物；四價(jià)釩化合物再被氧氣氧化，則反應(yīng)的相關(guān)方程式為SO₂+V₂O₅=SO₃+2VO₂，4VO₂+O₂=2V₂O₅，
故答案為：SO₂+V₂O₅═SO₃+2VO₂，4VO₂+O₂═2V₂O₅；
（2）①燒熱是指1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物放出的熱量，所以，硫的物質(zhì)的量為1mol．由圖1可知1molS（s）完全燃燒放出的熱量為297KJ，所以，硫的燃燒熱的熱化學(xué)方程式S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H=-297 KJ•mol^-1，
故答案為：S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=-297 kJ•mol^-1；
②根據(jù)圖象所給的信息可知，反應(yīng)2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）的平衡常數(shù)K=$\frac{{C}^{2}（S{O}_{3}）}{{C}^{2}（S{O}_{2}）•C（{O}_{2}）}$=$\frac{0．{8}^{2}}{0．{2}^{2}×0.6}$=$\frac{80}{3}$．
在相同條件下，充入1molSO₃和0.5molO₂，設(shè)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)SO₃轉(zhuǎn)化了Xmol，則有：
       2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
初始：0             0.5mol/L          1mol/L
△C：Xmol/L         $\frac{X}{2}$ mol/L         Xmol/L
平衡：Xmol/L      （0.5+$\frac{X}{2}$）mol/L     （1-X）mol/L
根據(jù)溫度不變，平衡常數(shù)K的值不變可知：K=$\frac{（1-X）^{2}}{{X}^{2}×（0.5+\frac{X}{2}）}$=$\frac{80}{3}$，解得：X=0.2mol，
故反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)SO₃的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.2mol}{1mol}$×100%=20%．
由熱化學(xué)方程式2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1可知，2SO₃（g）?2SO₂（g）+O₂（g）△H=-196.6kJ•mol^-1即1molSO₃分解吸收98.3KJ的熱量，則0.2molSO₃分解吸收的熱量Q=98.3KJ×0.2=19.66KJ．
故答案為：20%；19.66；
（3）①恒溫恒容下，甲、乙為完等效平衡，平衡時(shí)同種組分的物質(zhì)的量相等，體積均為1L，最終n（SO₃）=1.4 mol，
甲容器：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
起始量（mol）：2        1       0
變化量（mol）：1.6      0.8     1.6
平衡量（mol）：0.4      0.2     1.6
則α₁=$\frac{1.6mol}{2mol}$=0.8，放出熱量為196.6kJ×0.8，
乙容器：α₂=$\frac{2mol-1.6mol}{2mol}$=0.2，吸收熱量為196.6kJ×0.2，
故α₁+α₂=0.8+0.2=1，a+b=196.6，
故答案為：1；196.6；
②體積為1L，則由①計(jì)算數(shù)據(jù)可知K=$\frac{1．{6}^{2}}{0．{4}^{2}×0.2}$=80，
故答案為：80．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生的分析、計(jì)算能力，本題注意把握等效平衡規(guī)律：1、恒溫恒容，反應(yīng)前后氣體體積不等，按化學(xué)計(jì)量數(shù)轉(zhuǎn)化到一邊，對(duì)應(yīng)物質(zhì)滿足等量；反應(yīng)前后氣體體積相等，按化學(xué)計(jì)量數(shù)轉(zhuǎn)化到一邊，對(duì)應(yīng)物質(zhì)滿足等比，2：恒溫恒壓，按化學(xué)計(jì)量數(shù)轉(zhuǎn)化到一邊，對(duì)應(yīng)物質(zhì)滿足等比．