Question

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)過催化氧化步驟．
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ?mol^-1
（1）釩觸媒（V₂O₅）能加快SO₂的氧化速率，此過程中SO₂先與V₂O₅反應(yīng)生成V₂O₄．該過程的化學(xué)方程式可表示為

 

．
（2）在恒溫恒容的密閉容器中，充入一定量的SO₂和O₂發(fā)生反應(yīng)，下列狀態(tài)說明反應(yīng)達(dá)到限度的是

 

（填字母）．
A．c（SO₂）=c（SO₃）的狀態(tài)
B．混合氣體平均分子量保持不變的狀態(tài)
C．單位時(shí)間生成2n mol的SO₂同時(shí)生成n mol的O₂的狀態(tài)
D．V（SO₂）_正=2V（O₂）_逆的狀態(tài)
（3）一定溫度時(shí)，SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率（α）與體系總壓強(qiáng)（p）的關(guān)系如圖甲所示．試分析工業(yè)生產(chǎn)中采用常壓的原因是

 

．
（4）在一密閉容器中充入4mol SO₂和一定量O₂，當(dāng)放出353.6kJ熱量時(shí)，SO₂的轉(zhuǎn)化率最接近于

 

（填字母）．
A．40%    B．50%    C．80%    D．90%
20mL 0.025mol/L溴水尾氣
（5）硫酸工業(yè)尾氣中二氧化硫含量超過0.05%（體積分?jǐn)?shù)）時(shí)需要加以處理后才能排放．現(xiàn)用圖乙所示裝置測定尾氣中SO₂的含量，當(dāng)通入尾氣11.2L（標(biāo)準(zhǔn)狀況下測定）時(shí)，溶液恰好褪色．則該尾氣中二氧化硫含量（體積分?jǐn)?shù)）為

 

（6）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	m mol SO2、n mol O2、 p mol SO3
c（SO3）/mol?L-1	1.4	1.4	1.4
能量變化	放出a kJ	吸收b kJ	吸收c kJ
SO2或SO3的轉(zhuǎn)化率	α1	α2	12.5%

則：α₁+α₂=

 

，p=

 

mol，b+c=

 

kJ．

Answer 1

考點(diǎn)：熱化學(xué)方程式,化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷,等效平衡

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）根據(jù)釩觸媒（V₂O₅）能加快SO₂的氧化速率，此過程中SO₂先與V₂O₅反應(yīng)生成V₂O₄，可看出釩元素的化合價(jià)從+5價(jià)降為+4價(jià)，所以，二氧化硫中的硫從+4價(jià)上升為+5價(jià)；
（2）依據(jù)化學(xué)平衡標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相同，各成分含量保持不變，據(jù)此分析判斷選項(xiàng)；
（3）從圖象中可以看出，當(dāng)壓強(qiáng)為0.1KPa時(shí)，SO₂的轉(zhuǎn)化率為0.90，當(dāng)壓強(qiáng)為1.0KPa時(shí)，SO₂的轉(zhuǎn)化率為0.95；
（4）由2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），△H=-196.6kJ?mol^-1，則1mol SO₂完全反應(yīng)，放出98.2kJ的熱量，利用物質(zhì)的量與放出的熱量成正比計(jì)算反應(yīng)的二氧化硫，以此計(jì)算SO₂的轉(zhuǎn)化率；
（5）計(jì)算二氧化硫的含量，根據(jù)硫酸工業(yè)尾氣中二氧化硫含量超過0.05%（體積分?jǐn)?shù)）時(shí)不能任意排放來回答；
（6）2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）；△H=-98.3kJ?mol^-1，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，恒溫、恒容，放出的能量以及轉(zhuǎn)化率與參加反應(yīng)的物質(zhì)的物質(zhì)的量成正比．

解答： 解：（1）SO₂先與V₂O₅反應(yīng)生成V₂O₄，V₂O₅參與反應(yīng)作氧化劑，本身被還原為V₂O₄則二氧化硫被氧化為三氧化硫，
故答案為：SO₂+V₂O₅?V₂O₄+SO₃；
（2）2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ?mol^-1，說明反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，則
A．c（SO₂）=c（SO₃）的狀態(tài)，SO₂和SO₃濃度相等，無法判斷正逆反應(yīng)速率是否相等，故A錯(cuò)誤；
B．混合氣體質(zhì)量不變，氣體物質(zhì)的量變化，當(dāng)混合氣體平均分子量保持不變的狀態(tài)，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．單位時(shí)間生成2n mol的SO₂同時(shí)生成n mol的O₂的狀態(tài)，是指反應(yīng)逆向進(jìn)行，不能說明費(fèi)用達(dá)到平衡狀態(tài)，故C錯(cuò)誤；
D．V（SO₂）_正=2V（O₂）_逆的狀態(tài)，說明壓強(qiáng)正逆反應(yīng)速率相同，證明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故D正確；
故答案為：BD．
（3）當(dāng)壓強(qiáng)為0.1KPa時(shí)，SO₂的轉(zhuǎn)化率為0.90，SO₂的轉(zhuǎn)化率已很高，當(dāng)壓強(qiáng)為1.0KPa時(shí)，SO₂的轉(zhuǎn)化率為0.95；
此時(shí)，對設(shè)備、能源都有很高的要求，壓強(qiáng)的增加引起SO₂轉(zhuǎn)化率的變化并不明顯，經(jīng)濟(jì)上不劃算，
故答案為：在常壓時(shí)，SO₂的轉(zhuǎn)化率已很高，若加壓，則對設(shè)備、能源等有較高的要求，經(jīng)濟(jì)上不劃算；
（4）設(shè)反應(yīng)的二氧化硫?yàn)閤，則
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），△H=-196.6kJ?mol^-1
2mol                        196.6kJ
 x                          353.6kJ

2

x

=

196.6

353.6

，解得x=3.6mol，
所以SO₂的轉(zhuǎn)化率為

3.6

4

×100%=90%，
故選：D；
（5）根據(jù)反應(yīng)SO₂+I₂+2H₂O═H₂SO₄+2HI，n（SO₂）=n（I₂）=20×10^-3 L×0.025 mol/L=0.0005 mol，V（SO₂）=0.0005 mol×22.4 L/mol=0.0112 L
V（SO₂）%=

0.0112L

11.2L

×100%=0.1%，
故答案為：0.1%；
（6）在溫度相同、體積均為1L的三個(gè)密閉容器中，SO₃的物質(zhì)的量均為1mol．化學(xué)平衡狀態(tài)的達(dá)到與化學(xué)反應(yīng)途徑無關(guān)．在相同的條件下，可逆反應(yīng)，無論從正反應(yīng)開始還是從逆反應(yīng)開始，還是從既有反應(yīng)物又有生成物開始，達(dá)到的化學(xué)平衡狀態(tài)是相同的，平衡混合物中各組成物質(zhì)的百分含量保持不變，就是等效平衡．三個(gè)密閉容器，保持恒溫、恒容，最終c（SO₃）=1.4 mol?L^-1．三個(gè)容器中的反應(yīng)為等效平衡．體積均為1L，最終n（SO₃）=1.4 mol．
甲                  2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）；△H=-196.6kJ?mol^-1．
起始量（mol）      2           1        0
變化量 （mol）    1.4         0.7       1.4       196.6kJ×

1.4

2

=137.62KJ     
平衡量 （mol）    0.6         0.3                     
故a=137.62，α₁=

1.4

2

=0.7，
乙容器保持恒溫、恒容，和甲容器中反應(yīng)為等效平衡．故b=196.6kJ×（2-1.4）×

1

2

=58.98kJ．該反應(yīng)從三氧化硫開始，α₂=

2-1.4

2

=0.3，α₁+α₂=0.7+0.3=1．
丙                2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）；△H=-196.6kJ?mol^-1．吸收ckJ說明反應(yīng)從逆反應(yīng)方向開始．
起始量（mol）      m       n           p
變化量 （mol）    0.2     0.1     1.4÷（1-12.5%）-1.4          
平衡量 （mol）   m+0.2  n+0.1         1.4       
P=1.4÷（1-12.5%）=1.6，c=196.6kJ×（1.6-1.4）×

1

2

=19.66KJ
b+c=58.98KJ+19.66KJ=78.64kJ，
故答案為：1；1.6；78.64．

點(diǎn)評：本題考查了硫酸的工業(yè)制取的生產(chǎn)原理應(yīng)用．解題時(shí)需注意利用信息進(jìn)行判斷和書寫化學(xué)方程式．該題還需掌握化學(xué)平衡的計(jì)算的基本方法，題目難度較大．