Question

5．已知：①N₂（g）+3H₂（g）$?_{高溫高壓}^{催化劑}$2NH₃（g）△H＜0，
②2SO₂（g）+O₂（g）$?_{加熱}^{催化劑}$2SO₃（g）△H＜0．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）從影響化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的因素分析，要有利于NH₃和SO₃的生成，理論上應(yīng)采取的措施是適當(dāng)溫度、高壓、催化劑．實(shí)際生產(chǎn)中采取的措施，合成氨是20Mpa～50Mpa、500℃的高溫、鐵觸媒作催化劑，合成SO₃是常壓、400℃～500℃的高溫、V₂O₅作催化劑．
（2）在合成氨的工業(yè)生產(chǎn)中，要分離出氨，目的是減少生成物濃度，平衡正向進(jìn)行，提高原料的轉(zhuǎn)化率；而合成SO₃的過(guò)程中，則不需要分離出SO₃，原因是二氧化硫的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，分離分離出SO₃對(duì)二氧化硫的轉(zhuǎn)化率基本無(wú)影響．
（3）將0.050mol SO₂（g）和0.030mol O₂（g）放入容積為1L的密閉容器中，反應(yīng)②在一定條件下達(dá)到平衡，測(cè)得c（SO₃）=0.040mol•L^-1．計(jì)算該條件下反應(yīng)②的平衡常數(shù)K=1.6×10³．

Answer 1

分析 （1）實(shí)際生產(chǎn)中合成氨采取的措施是20Mpa～50Mpa、500℃的高溫、鐵觸媒作催化劑；
實(shí)際生產(chǎn)中合成SO₃采取的措施是常壓、400℃～500℃的高溫、V₂O₅作催化劑；
（2）將生成的氨液化并及時(shí)從體系中分離出來(lái)，減少生成物濃度，平衡正向進(jìn)行，提高原料的轉(zhuǎn)化率；
合成SO₃的過(guò)程中，由于二氧化硫的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，分離出SO₃對(duì)二氧化硫的轉(zhuǎn)化率基本無(wú)影響；
（3）依據(jù)化學(xué)平衡三段式求出各物質(zhì)的濃度，再根據(jù)平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積進(jìn)行計(jì)算．

解答 解：（1）實(shí)際生產(chǎn)中合成氨采取的措施是20Mpa～50Mpa、500℃的高溫、鐵觸媒作催化劑；
實(shí)際生產(chǎn)中合成SO₃采取的措施是常壓、400℃～500℃的高溫、V₂O₅作催化劑；
故答案為：20Mpa～50Mpa、500℃的高溫、鐵觸媒作催化劑；常壓、400℃～500℃的高溫、V₂O₅作催化劑；
（2）將生成的氨液化并及時(shí)從體系中分離出來(lái)，減少生成物濃度，平衡正向進(jìn)行，提高原料的轉(zhuǎn)化率；
合成SO₃的過(guò)程中，由于二氧化硫的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，分離出SO₃對(duì)二氧化硫的轉(zhuǎn)化率基本無(wú)影響，故合成SO₃的過(guò)程中，則不需要分離出SO₃，
故答案為：減少生成物濃度，平衡正向進(jìn)行，提高原料的轉(zhuǎn)化率；二氧化硫的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，分離出SO₃對(duì)二氧化硫的轉(zhuǎn)化率基本無(wú)影響；
（3）將0.050molSO₂（g）和0.030molO₂（g）放入容積為1L的密閉容器中，反應(yīng)：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g） 在一定條件下達(dá)到平衡，測(cè)得c（SO₃）=0.040mol•L^-1，則
                2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
起始量（mol/L） 0.05      0.03      0
變化量（mol/L） 0.04      0.02      0.04
 平衡量（mol/L）0.01      0.01      0.04
平衡常數(shù)=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）•c（{O}_{2}）}$=$\frac{0.0{4}^{2}}{0.0{1}^{2}×0.01}$=1.6×10³；
故答案為：1.6×10³．

點(diǎn)評(píng) 本題考查工業(yè)合成氨和合成SO₃的相關(guān)知識(shí)，以及平衡常數(shù)的相關(guān)計(jì)算，難度中等．要注意基礎(chǔ)知識(shí)的積累與比較．