Question

工業(yè)制硫酸時(shí)，利用催化氧化反應(yīng)將SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃是一個(gè)關(guān)鍵的步驟．
（1）某溫度下，SO₂（g）+

1

2

O₂（g）?SO₃（g）；△H=-98kJ?mol^-1．開(kāi)始時(shí)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，該溫度下平衡常數(shù)K=

3.33

．
（2）一定條件下，向一帶活塞的密閉容器中充入2mol SO₂和1mol O₂，發(fā)生反應(yīng)：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），達(dá)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

AD

（填字母）．
A．保持溫度和容器不變，充入2molSO₃
B．保持溫度和容器體積不變，充入2molN₂
C．保持溫度和容器內(nèi)壓強(qiáng)不變，充入1molSO₃
D．移動(dòng)活塞壓縮氣體
E．升高溫度
（3）下列關(guān)于2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）反應(yīng)的圖象中，不正確的是

C

．

（4）同學(xué)們學(xué)習(xí)了電化學(xué)知識(shí)后大家提出，可以用電解的方法來(lái)生產(chǎn)硫酸，可避免產(chǎn)生酸雨，污染環(huán)境．于是大家設(shè)計(jì)了一個(gè)以鉑為電極，兩極分別通入SO₂和空氣，酸性電解液來(lái)實(shí)現(xiàn)電解生產(chǎn)硫酸．
①陽(yáng)極的電極反應(yīng)為

SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺

．
②若電解液為2L 0.025mol?L^-1的硫酸溶液，當(dāng)電解過(guò)程共轉(zhuǎn)移了0.1mol電子時(shí)，理論上消耗SO₂的體積為（標(biāo)準(zhǔn)狀況）為

1.12L

，此溶液的pH=

1

 （忽略溶液體積變化）．
③設(shè)計(jì)此實(shí)驗(yàn)的想法得到了老師的充分肯定，但與工業(yè)上生產(chǎn)硫酸相比還是有很多不足，請(qǐng)對(duì)此實(shí)驗(yàn)進(jìn)行合理的評(píng)價(jià)

耗費(fèi)大量的電能，不經(jīng)濟(jì)，產(chǎn)率低，不能大規(guī)模生成

（寫出一點(diǎn)即可）．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)反應(yīng)熱計(jì)算參加反應(yīng)的二氧化硫的物質(zhì)的量，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)平衡移動(dòng)的方向判斷；
（3）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；
（4）①電解池陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，SO₂被氧化生成SO₄^2-；
②電池的總反應(yīng)式為：2SO₂+2H₂O+O₂=2H₂SO₄，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移計(jì)算二氧化硫的物質(zhì)的量，再根據(jù)V=nVm計(jì)算其體積；計(jì)算生成的硫酸物質(zhì)的量，繼而計(jì)算溶液中氫離子濃度，再根據(jù)pH=-lgc（H⁺）計(jì)算；
③耗費(fèi)電離的電能，產(chǎn)率低，不能大規(guī)模生成．

解答：解：（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為2mol，
       SO₂（g）+

1

2

O₂（g）?SO₃（g）；
起始：4mol     10mol      0
轉(zhuǎn)化：2mol     1mol       2mol           
平衡：2mol     9mol       2mol           
則平衡時(shí)：c（SO₂）=0.02mol/L，c（O₂）=0.09mol/L，c（SO₃）=0.02mol/L，
所以k=

0.02

0.02× 0.09

=3.33，
故答案為：3.33；
（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C錯(cuò)誤；
D．移動(dòng)活塞壓縮氣體，體積減小，各物質(zhì)的濃度都增大，故D正確；
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．
故答案為：AD；
（3）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．升高溫度，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)際符合，故B正確；
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：C；
（4）①電解池陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，SO₂被氧化生成SO₄^2-，陽(yáng)極電極反應(yīng)式為SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；    
②電池的總反應(yīng)式為：2SO₂+2H₂O+O₂=2H₂SO₄，0.1mol電子消耗SO₂的物質(zhì)的量=

0.1mol

6-4

=0.05mol，消耗SO₂的體積為0.05mol×22.4L/mol=1.12L；
生成硫酸物質(zhì)的量為0.05mol，故溶液c（H⁺）=0.025mol/L×2+

0.05mol×2

2L

=0.1mol/L，故pH=-lgc（H⁺）=1，
故答案為：1.12L；1；
③耗費(fèi)大量的電能，不經(jīng)濟(jì)，產(chǎn)率低，不能大規(guī)模生成，故答案為：耗費(fèi)大量的電能，不經(jīng)濟(jì)，產(chǎn)率低，不能大規(guī)模生成．

點(diǎn)評(píng)：本題考查化學(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，難度中等，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，注意基礎(chǔ)知識(shí)的理解掌握．