Question

18．工業(yè)制硫酸，利用催化氧化反應(yīng)將SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃是一個(gè)關(guān)鍵步驟．請(qǐng)回答：
（1）某溫度下，SO₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?SO₃（g）；△H=-98kJ•mol^-1．開始時(shí)在100L的密閉容器中加入4.0molSO₂（g）和10.0molO₂（g），當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)共放出熱量196kJ，該溫度下平衡常數(shù)K=$\frac{10}{3}$．
（2）一定條件下，向一帶活塞的密閉容器中充入2molSO₂和1molO₂，發(fā)生下列反應(yīng)：
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），達(dá)到平衡后改變下述條件，SO₂、O₂、SO₃氣體平衡濃度都比原來(lái)增大的是ACF（填字母）．

A．保持溫度和容器體積不變，充入2molSO₃
B．保持溫度和容器體積不變，充入2molN₂
C．保持溫度和容器體積不變，充入0.5molSO₂和0.25molO₂
D．保持溫度和容器內(nèi)壓強(qiáng)不變，充入1molSO₃
E．升高溫度F．移動(dòng)活塞壓縮氣體
（3）某人設(shè)想以圖1所示裝置用電化學(xué)原理生產(chǎn)硫酸，寫出通入SO₂的電極的電極反應(yīng)式：SO₂+2H₂O-2e^-═SO₄^2-+4H⁺．
（4）下列關(guān)于2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）反應(yīng)的圖象中，一定正確的是AD（填序號(hào)）．

（5）①某溫度下，SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率（α）與體系總壓強(qiáng)（p）的關(guān)系如圖3所示．當(dāng)平衡狀態(tài)由A變到B時(shí)，平衡常數(shù)K_（A）= K_（B） （填“＞”、“＜”或“=”）．
②將一定量的SO₂（g）和O₂（g）放入某固定體積的密閉容器中，在一定條件下，c（SO₃）的變化如圖4所示．若在第5分鐘將容器的體積縮小一半后，在第8分鐘達(dá)到新的平衡（此時(shí)SO₃的濃度為0.25mol•L^-1）．請(qǐng)?jiān)趫D4畫出此變化過(guò)程中SO₃（g）濃度的變化曲線．

Answer 1

分析 （1）利用三段式法計(jì)算平衡濃度，根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算；
（2）根據(jù)影響化學(xué)平衡的因素進(jìn)行判斷；
（3）原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，SO₂被氧化生成SO₄^2-；
（4）升高溫度，加快反應(yīng)速率到達(dá)平均的時(shí)間縮短，逆反應(yīng)速率增大更多，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，三氧化硫的含量降低；增大壓強(qiáng)，加快反應(yīng)速率到達(dá)平均的時(shí)間縮短，正反應(yīng)速率增大更多，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，三氧化硫的含量增大，據(jù)此結(jié)合圖象判斷；
（5）①由A到B狀態(tài)改變壓強(qiáng)，溫度不變，而平衡常數(shù)只受溫度影響；
②在第5分鐘末將容器的體積縮小一半后，壓強(qiáng)增大平衡正向進(jìn)行，若在第8分鐘末達(dá)到新的平衡（此時(shí)SO₃的濃度約為0.25mol/L），依據(jù)三氧化硫濃度變化，和平衡濃度畫出變化圖象．

解答 解：（1）SO₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?SO₃（g）；△H=-98kJ•mol^-1，在100L的密閉容器中加入4.0mol SO₂（g）和10.0molO₂（g），當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)共放出熱量196kJ，則消耗SO₂ 2mol，
     SO₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?SO₃（g）；△H=-98kJ•mol^-1，
起始 4.0mol    10.0mol       0
轉(zhuǎn)化 2.0mol   1.0mol      2mol      
平衡 2.0mol   9.0mol    2mol         
則平衡時(shí)各組分的濃度為：c（SO₂）=0.02mol/L，c（O₂）=0.09mol/L，c（SO₃）=0.02mol/L，
所以K=$\frac{0.02}{0.02×\sqrt{0.09}}$=$\frac{10}{3}$，
故答案為：$\frac{10}{3}$；
（2）A．保持溫度和容器體積不變，充入2mol SO₃，平衡向逆反應(yīng)分析移動(dòng)，則SO₂、O₂、SO₃氣體平衡濃度都比原來(lái)增大，故A正確；
B．保持溫度和容器體積不變，充入2mol N₂，對(duì)平衡移動(dòng)沒(méi)有影響，各物質(zhì)的濃度不變，故B錯(cuò)誤；
C．保持溫度和容器體積不變，充入0.5mol SO₂和0.25mol O₂，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，則SO₂、O₂、SO₃氣體平衡濃度都比原來(lái)增大，故C正確；
D．保持溫度和容器內(nèi)壓強(qiáng)不變，充入1mol SO₃，處于等效平衡狀態(tài)，濃度不變，故D錯(cuò)誤；
E．升高溫度，平衡向逆反應(yīng)分析移動(dòng)，SO₃的濃度減小，故E錯(cuò)誤；
F．移動(dòng)活塞壓縮氣體，體積減小，各物質(zhì)的濃度都增大，故F正確；
故答案為：ACF；
（3）依據(jù)圖裝置分析，二氧化硫失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，二氧化硫被氧化為三氧化硫溶于水生成硫酸，電極反應(yīng)為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：SO₂+2H₂O-2e^-═SO₄^2-+4H⁺；
（4）A．升高溫度，逆反應(yīng)速率增大更多，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，圖象與實(shí)際符合，故A正確；
B．該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，溫度為0時(shí)三氧化硫的百分含量不可能為0，圖象與實(shí)際不相符，故B錯(cuò)誤；
C．升高溫度，加快反應(yīng)速率到達(dá)平均的時(shí)間縮短，逆反應(yīng)速率增大更多，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，三氧化硫的含量降低，圖象與實(shí)際不符，故C錯(cuò)誤；
D．增大壓強(qiáng)，加快反應(yīng)速率到達(dá)平均的時(shí)間縮短，正反應(yīng)速率增大更多，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，三氧化硫的含量增大，圖象與實(shí)際符合，故D正確；
故答案為：AD；
（5））①平衡常數(shù)只受溫度影響由A到B狀態(tài)改變壓強(qiáng)，溫度不變，則平衡常數(shù)不變，即K（A）=K（B），
故答案為：=；
②在第5分鐘末將容器的體積縮小一半后，壓強(qiáng)增大平衡正向進(jìn)行，若在第8分鐘末達(dá)到新的平衡（此時(shí)SO₃的濃度約為0.25mol/L），依據(jù)三氧化硫濃度變化和平衡濃度畫出變化圖象為，
故答案為：．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，涉及化學(xué)平衡常數(shù)的有關(guān)計(jì)算、影響化學(xué)平衡的因素、平衡圖象、電解原理與計(jì)算等，題目難度中等，明確化學(xué)平衡及其影響為解答關(guān)鍵，試題側(cè)重考查學(xué)生的分析、理解能力及靈活應(yīng)用能力．