Question

11．SO₂的催化氧化是工業(yè)制取硫酸的關鍵步驟之一，該反應的化學方程式為：2SO₂+O₂$?_{△}^{催化劑}$2SO₃．請回答下列問題：
（1）已知1mol SO₂（g）生成1mol SO₃（g）的能量變化如下圖所示（E₁、E₂均為正值）
①圖中A、C分別表示1mol SO₂和0.5mol氧氣的能量、1mol SO₃能量．
②2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-2（E₂-E₁）kJ/mol（用含“E₁”、“E₂”的代數式表示）．
③已知：在一定條件下，64g SO₂氣體氧化為SO₃氣體時放出99kJ的熱量，請寫出SO₂氧化為SO₃的熱化學方程式2SO₂（g）+O₂（g）=2SO₃（g）△H=-198KJ•mol^-1 ．
（2）判斷該反應在恒溫、恒容時達到平衡狀態(tài)的標志是BC（填字母）．
A．SO₂和SO₃濃度相等            B．SO₂百分含量保持不變
C．容器中氣體的壓強不變         D．SO₃的生成速率與SO₂的消耗速率相等
（3）當該反應處于平衡狀態(tài)時，在體積不變的條件下，下列措施中有利于提高SO₂平衡轉化率的是A（填字母）．
A．向裝置中再充入O₂           B．向裝置中再充入SO₂
C．改變反應的催化劑           D．升高溫度
（4）將0.060mol SO₂（g）和0.040mol O₂（g）放入容積為1L的密閉容器中，在一定條件下達到平衡，測得c（SO₃）=0.040mol/L．計算該條件下反應的平衡常數K和SO₂的轉化率（不必寫出計算過程）．
①平衡常數K=200（mol?L^-1）^-1．
②平衡時，SO₂的轉化率 α（SO₂）=66.7%．

Answer 1

分析 （1）①A表示反應物總能量，C表示生成物總能量；
②反應物總能量高于生成物總能量，為放熱反應，由圖可知1mol二氧化硫放出能量為E₂-E₁，2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）的反應熱表示2mol二氧化硫放出的能量；
③2mol二氧化硫氧化為三氧化硫方程式的熱量為99kJ×$\frac{2mol×64g/mol}{64g}$=198kJ，注明物質的聚集狀態(tài)與反應熱書寫熱化學方程式；
（2）可逆反應到達平衡時，同種物質的正逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應隨反應進行發(fā)生變化，該物理量由變化到不再變化說明到達平衡；
（3）提高SO₂平衡轉化率，改變條件應使平衡正向移動，但不能只增大二氧化硫的濃度；
（4）將0.060mol SO₂（g）和0.040mol O₂（g）放入容積為1L的密閉容器中，在一定條件下達到平衡，測得c（SO₃）=0.040mol/L，則：
               2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
起始濃度（mol/L）：0.06     0.04     0
變化濃度（mol/L）：0.04     0.02     0.04
平衡濃度（mol/L）：0.02    0.02     0.04
①代入K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{3}）×c（{O}_{2}）}$計算平衡常數；
②轉化率=$\frac{濃度變化量}{起始濃度}$×100%．

解答 解：（1）①A表示1mol SO₂和0.5mol氧氣的能量，C表示生成物總能量；
故答案為：1mol SO₂和0.5mol氧氣的能量；1mol SO₃能量；
②反應物總能量高于生成物總能量，為放熱反應，由圖可知1mol二氧化硫放出能量為E₂-E₁，故反應2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）的△H=-2（E₂-E₁）kJ/mol，
故答案為：-2（E₂-E₁）kJ/mol；
③2mol二氧化硫氧化為三氧化硫方程式的熱量為99kJ×$\frac{2mol×64g/mol}{64g}$=198kJ，熱化學方程式為：2SO₂（g）+O₂（g）=2SO₃（g）△H=-198KJ•mol^-1 ，
故答案為：2SO₂（g）+O₂（g）=2SO₃（g）△H=-198KJ•mol^-1 ；
（2）A．平衡時SO₂和SO₃濃度關系與二氧化硫轉化率有關，不一定相等，故A錯誤；
B．SO₂百分含量保持不變，說明到達平衡，故B正確；
C．隨反應進行，混合氣體總物質的量進行，恒溫恒容下容器內壓強減小，當容器中氣體的壓強不變，說明到達平衡，故C正確；
D．SO₃的生成速率與SO₂的消耗速率均表示正反應速率，反應始終相等，不能說明到達平衡，SO₃的生成速率與SO₂的生成速率相等，說明到達平衡，故D錯誤，
故選：BC；
（3）A．向裝置中再充入O₂，氧氣濃度增大，平衡正向移動，SO₂平衡轉化率增大，故A正確；
B．向裝置中再充入SO₂，SO₂平衡轉化率減小，故B錯誤；
C．改變反應的催化劑，不影響平衡移動，SO₂平衡轉化率不變，故C錯誤；
D．正反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，SO₂平衡轉化率減小，故D錯誤，
故選：A；
（4）將0.060mol SO₂（g）和0.040mol O₂（g）放入容積為1L的密閉容器中，在一定條件下達到平衡，測得c（SO₃）=0.040mol/L，則：
               2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
起始濃度（mol/L）：0.06    0.04      0
變化濃度（mol/L）：0.04    0.02      0.04
平衡濃度（mol/L）：0.02    0.02     0.04
①則平衡醋酸是K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{3}）×c（{O}_{2}）}$=$\frac{0.0{4}^{2}}{0.0{2}^{2}×0.02}$（mol?L^-1）^-1=200（mol?L^-1）^-1，故答案為：200（mol?L^-1）^-1；
②平衡時，SO₂的轉化率 α（SO₂）=$\frac{0.04mol/L}{0.06mol/L}$×100%=66.7%，故答案為：66.7%．

點評 本題考查化學平衡計算與影響因素、平衡狀態(tài)判斷、化學反應中能量變化、熱化學方程式書寫等，需要學生熟練掌握基礎知識并能靈活應用．