Question

17．工業(yè)上以硫?yàn)樵�料生產(chǎn)硫酸，已知4g硫完全可放出aKJ的熱，則
（1）硫燃燒熱的熱化學(xué)方程式為S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=-8akJ/mol．硫酸生產(chǎn)過程中重要的一步是催化氧化（生產(chǎn)中保持恒溫恒容條件）：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
（2）該化學(xué)反應(yīng)在低溫條件下自發(fā)．
（3）生產(chǎn)中為提高反應(yīng)速率和SO₂的轉(zhuǎn)化率，下列措施可行的是A．
A．向裝置中充入O₂                  B．升高溫度
C．向裝置中充入N₂                  D．向裝置中充入過量的SO₂
（4）恒溫恒壓，通入3mol SO₂ 和2mol O₂及固體催化劑，平衡時容器內(nèi)氣體體積為起始時的90%．保持同一反應(yīng)溫度，在相同容器中，將起始物質(zhì)的量改為 5mol SO₂（g）、3.5mol O₂（g）、1mol SO₃（g），下列說法正確的是BDE
A．第一次平衡時反應(yīng)放出的熱量為294.9kJ
B．氣體物質(zhì)的量不發(fā)生變化是該反應(yīng)達(dá)平衡的標(biāo)志．
C．兩次平衡SO₂的轉(zhuǎn)化率相等．
D．兩次平衡時的O₂體積分?jǐn)?shù)相等
E．第二次平衡時SO₃的體積分?jǐn)?shù)等于2/9
（5）某溫度下將10mol SO₂和5.0mol O₂置于體積為1L的恒容密閉容器中，SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃的平衡轉(zhuǎn)化率為0.8．則該溫度下的平衡常數(shù)K=16．
（6）550℃，A、B表示不同壓強(qiáng)下的平衡轉(zhuǎn)化率（如圖），通常工業(yè)生產(chǎn)中采用常壓的原因是常壓下550°C，SO₂轉(zhuǎn)化率已經(jīng)較高，并比較不同壓強(qiáng)下的平衡常數(shù)：K（0.10MPa）=K（1.0MPa）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)n=$\frac{m}{M}$計(jì)算出4gS單質(zhì)的物質(zhì)的量，然后可計(jì)算出1molS單質(zhì)燃燒放出的熱量，再根據(jù)熱化學(xué)方程式的書寫原則解答；
（2）根據(jù)△H-T△S＜0反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行分析；
（3）該反應(yīng)是一個反應(yīng)前后氣體體積減小的放熱反應(yīng)，欲提高SO₂的轉(zhuǎn)化率，則改變條件使平衡向正反應(yīng)方向移動；
（4）A．根據(jù)體積之比等于物質(zhì)的量之比計(jì)算平衡時混合氣體總的物質(zhì)的量，再利用差量法計(jì)算參加反應(yīng)的二氧化硫的物質(zhì)的量，結(jié)合熱化學(xué)方程式計(jì)算放出的熱量；
B．該反應(yīng)前后氣體體積不相等，則物質(zhì)的量不變時得到平衡狀態(tài)；
C．恒溫恒壓，兩次達(dá)到平衡狀態(tài)相同分析計(jì)算判斷；
D．恒溫恒壓，兩次達(dá)到平衡狀態(tài)相同分析判斷
E．根據(jù)A計(jì)算可知，原平衡時SO₃的體積分?jǐn)?shù)為$\frac{1mol}{4.5mol}$=$\frac{2}{9}$；
（5）依據(jù)化學(xué)平衡三段式計(jì)算平衡濃度，結(jié)合平衡常數(shù)概念計(jì)算；
（6）壓強(qiáng)的增加引起SO₂轉(zhuǎn)化率的變化并不明顯，所以工業(yè)上直接采用常壓，平衡常數(shù)隨溫度變化．

解答 解：（1）4gS的物質(zhì)的量為：$\frac{4g}{32g/mol}$=$\frac{1}{8}$mol，則1molS單質(zhì)完全燃燒放出的熱量為：akJ×$\frac{1mol}{\frac{1}{8}}$=8akJ，則硫單質(zhì)燃燒的熱化學(xué)方程式為：S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=-8akJ/mol，
故答案為：S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=-8akJ/mol；
（2）反應(yīng)2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1為放熱反應(yīng)，△H＜0，該反應(yīng)為氣體體積縮小的反應(yīng)，則△S＜0，若反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行，應(yīng)該滿足△H-T△S＜0，則該反應(yīng)需要在低溫下自發(fā)進(jìn)行，
故答案為：低溫；
（3）A．向裝置中充入過量的O₂，化學(xué)平衡正向移動，會提高二氧化硫轉(zhuǎn)化率，故A正確；
B．升高溫度，化學(xué)平衡逆向移動，二氧化硫的轉(zhuǎn)化率減小，故B錯誤；
C．向裝置中充入N₂，化學(xué)平衡不會移動，不會提高二氧化硫轉(zhuǎn)化率，故C錯誤；
D．向裝置中充入過量的SO₂，二氧化硫轉(zhuǎn)化率降低，故D錯誤；
故答案為：A；
（2）A．由題意氣體體積為起使時的90%，則反應(yīng)后總的物質(zhì)的量為起始時的90%，平衡時總物質(zhì)的量為（3mol+2mol）×90%=4.5mol，則平衡時各組成物質(zhì)的量變化為：
  2SO₂+O₂?2SO₃ 物質(zhì)的量減少△n
  2    1    2              1
1mol  0.5mol 1mol  （3mol+2mol）-4.5mol=0.5mol
此時放出的熱量為196.6kJ×$\frac{0.5mol}{1mol}$=98.3kJ，故A錯誤；
B．該反應(yīng)為氣體體積變化的反應(yīng)，當(dāng)氣體物質(zhì)的量不發(fā)生變化時說明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B正確；
C.2SO₂ +O₂ ?2SO₃
起始量（mol）  3     2         0
變化量（mol）  x    0.5x     x
平衡量（mol）3-x   2-0.5x  x
反應(yīng)后總的物質(zhì)的量為起始時的90%，3-x+2-0.5x+x=4.5，x=1mol，二氧化硫轉(zhuǎn)化率=$\frac{1mol}{3mol}$×100%=$\frac{1}{3}$；
保持同一反應(yīng)溫度，在相同容器中，將起始物質(zhì)的量改為 5mol SO₂（g）、3.5mol O₂（g）、1mol SO₃（g），轉(zhuǎn)化為起始量為6molSO₂（g）、4molO₂，恒壓條件下兩次平衡時等效平衡，平衡后二氧化硫應(yīng)為4mol，轉(zhuǎn)化率=$\frac{1mol}{5mol}$×100%=20%，故C錯誤；
D．依據(jù)B分析可知等效平衡狀態(tài)，氧氣體積分?jǐn)?shù)相同，故D正確；
E．原平衡時SO₃的體積分?jǐn)?shù)為$\frac{1mol}{4.5mol}$=$\frac{2}{9}$，兩個平衡為等效平衡，則第二次平衡時SO₃的體積分?jǐn)?shù)為$\frac{2}{9}$，故E正確；
故答案為：BDE； 
（5）500℃時將10mol SO₂和5.0mol O₂置于體積為1L的恒容密閉容器中，SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃的平衡轉(zhuǎn)化率為0.8，反應(yīng)的二氧化硫物質(zhì)的量=9.5mol；
                       2SO₂ +O₂ ?2SO₃
起始量（mol/L）  10      5         0
變化量（mol/L）  8       4         8
平衡量（mol/L）  2       1         8
則500℃時的平衡常數(shù)為：K=$\frac{{8}^{2}}{{2}^{2}×1}$=16
故答案為：16；
（6）從圖象中可以看出，常壓SO₂就可以達(dá)到較高的轉(zhuǎn)化率，壓強(qiáng)的增加引起SO₂轉(zhuǎn)化率的變化并不明顯，加壓必須增大投資以解決增加設(shè)備和提供能量問題，所以工業(yè)上直接采用常壓；平衡常數(shù)隨溫度變化，不隨壓強(qiáng)變化，平衡常數(shù)不變，即K（0.10MPa）=K（1.0MPa），
故答案為：常壓下550°C，SO₂轉(zhuǎn)化率已經(jīng)較高；=．

點(diǎn)評 本題考查了化學(xué)平衡的計(jì)算，題目難度中等，涉及化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算、熱化學(xué)方程式書寫、化學(xué)平衡及其影響等知識，試題知識點(diǎn)較多、綜合性較強(qiáng)，充分考查了學(xué)生的分析能力及化學(xué)計(jì)算能力．