Question

11．利用催化氧化反應將SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃是工業(yè)上生產(chǎn)硫酸的關鍵步驟．
已知：SO₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?SO₃（g）△H=-98 kJ•mol^-1．
（1）某溫度下該反應的平衡常數(shù)K=$\frac{10}{3}$，若在此溫度下，向100 L的恒容密閉容器中，充入3.0 mol SO₂（g）、16.0 mol O₂（g）和3.0 mol SO₃（g），則反應開始時v_（正）＞v_（逆）（填“＜”“＞”或“=”）．
（2）一定溫度下，向一帶活塞的體積為2 L的密閉容器中充入2.0 mol SO₂和1.0 mol O₂，達到平衡后體積變?yōu)?.6 L，則SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率為60%．
（3）在（2）中的反應達到平衡后，改變下列條件，能使SO₂（g）平衡濃度比原來減小的是AC（填字母）．
A．保持溫度和容器體積不變，充入1.0 mol O₂
B．保持溫度和容器內(nèi)壓強不變，充入1.0 mol SO₃
C．降低溫度
D．移動活塞壓縮氣體
（4）若以如圖所示裝置，用電化學原理生產(chǎn)硫酸，寫出通入O₂電極的電極反應式為O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O．
（5）為穩(wěn)定持續(xù)生產(chǎn)，硫酸溶液的濃度應維持不變，則通入SO₂和水的質(zhì)量比為16：29．

Answer 1

分析 （1）某溫度下該反應的平衡常數(shù)K=$\frac{10}{3}$，計算Qc與K比較，判斷反應速率關系；
（2）2 L的密閉容器中充入2.0 mol SO₂和1.0 mol O₂，達到平衡后體積變?yōu)?.6 L，則
   SO₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?SO₃（g）
開始  2      1        0
轉(zhuǎn)化2x       x       2x
平衡2-2x    1-x       2x
由$\frac{2L}{1.6L}=\frac{3mol}{2-2x+1-x+2x}$，解得x=0.12mol，以此計算；
（3）能使SO₂（g）平衡濃度比原來減小，則化學平衡正向移動；
（4）通入O₂電極為正極，得到電子；
（5）硫酸溶液的濃度應維持不變，可知生成硫酸溶液中硫酸的質(zhì)量為98g，則水的質(zhì)量為98g，二氧化硫與水反應時消耗1mol水，以此計算．

解答 解：（1）某溫度下該反應的平衡常數(shù)K=$\frac{10}{3}$，因為濃度商Q_c=$\frac{0.03mol/L}{0.03mol/L×（0.16mol/L）^{\frac{1}{2}}}$=2.5＞K，所以化學反應正向進行，即v（正）＞v（逆），故答案為：＞；

（2）2 L的密閉容器中充入2.0 mol SO₂和1.0 mol O₂，達到平衡后體積變?yōu)?.6 L，則
   SO₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?SO₃（g）
開始  2      1        0
轉(zhuǎn)化2x       x       2x
平衡2-2x    1-x       2x
由$\frac{2L}{1.6L}=\frac{3mol}{2-2x+1-x+2x}$，解得x=0.6mol，
可知參與反應的SO₂為1.2 mol，所以SO₂的轉(zhuǎn)化率α=$\frac{1.2mol}{2mol}$×100%=60%，
故答案為：60%；
（3）A．保持溫度和容器體積不變，O₂的濃度增大，平衡正向移動，SO₂的濃度減小，故A正確；
B．保持溫度和容器內(nèi)壓強不變，充入1 mol SO₃，新的平衡與原平衡等效，SO₂的濃度不變，故B錯誤；
C．降低溫度，平衡向放熱的方向移動，而正反應為放熱，所以平衡正向移動，SO₂的濃度減小，故C正確；
D．移動活塞壓縮氣體，SO₂的濃度瞬間增大，之后平衡向氣體體積減小的方向移動，即向正反應方向移動，SO₂的濃度減小，再次到達平衡時SO₂的濃度仍比原來大，故D錯誤；
故答案為：AC；
（4）SO₂被氧化為硫酸，則通入O₂的電極是正極，發(fā)生得電子還原反應，結(jié)合電解質(zhì)溶液顯酸性，則電極反應式是O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，故答案為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；
（5）硫酸溶液的濃度應維持不變，可知生成硫酸溶液中硫酸的質(zhì)量為98g，則水的質(zhì)量為98g，二氧化硫與水反應時消耗1mol水，則1 mol SO₂轉(zhuǎn)化為50%硫酸所需水的質(zhì)量為18g/mol×（1mol+$\frac{98g}{18g/mol}$）=116 g，故SO₂與H₂O質(zhì)量比為32：116=16：29，故答案為：16：29．

點評 本題考查化學平衡移動、計算及電解池原理等，為高頻考點，把握相關化學反應原理知識為解答的關鍵，側(cè)重分析與應用能力的考查，題目難度中等．