Question

2．工業(yè)制硫酸生產(chǎn)流程如圖：

（1）造氣即將黃鐵礦（主要成分FeS₂）在沸騰爐中充分煅燒，煅燒時將黃鐵礦粉碎的目的是增大固體接觸面積，提高反應速率．
（2）在催化反應室中發(fā)生的可逆反應為：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），△H＜0．下列措施中有利于提高SO₂平衡轉化率的有cd．（填寫編號）
a．減少壓強         b．升高溫度     c．不斷補充空氣       d．及時分離出SO₃
（3）在450℃、常壓和釩催化條件下，在容積為VL的恒容容器中加入2n molSO₂和n molO₂，判斷反應達到平衡狀態(tài)的標志是bc．（填寫編號）
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
反應達平衡后測得平衡常數(shù)為K，此時O₂的轉化率為x，則K和x的關系滿足K=$\frac{V{x}^{2}}{n（1-x）^{3}}$；．
（4）圖1、2表示該SO₂和O₂的反應在時刻t₁達到平衡、在時刻t₂因改變某個條件而發(fā)生變化的情況：圖1中時刻t₂發(fā)生改變的條件是加入催化劑．圖2中時刻t₂發(fā)生改變的條件是降低溫度．

Answer 1

分析 （1）黃鐵礦粉碎會增大反應物的接觸面積加快反應速度；
（2）提高SO₂平衡轉化率，促進化學平衡向右移動，根據(jù)化學平衡移動影響因素判斷；
（3）根據(jù)化學平衡狀態(tài)特征判斷分析，達到平衡時，一是等，二是定：
等是指v正=v逆，同一種物質：該物質的生成速率等于它的消耗速率；不同的物質：速率之比等于方程式中各物質的計量數(shù)之比，但必須是不同方向的速率；
定是指各成分含量保持不變：各組成成分的質量、物質的量、分子數(shù)、體積（氣體）、物質的量濃度均保持不變；各組成成分的質量分數(shù)、物質的量分數(shù)、氣體的體積分數(shù)均保持不變；若反應前后的物質都是氣體，且總體積不等，則氣體的總物質的量、總壓強（恒溫、恒容）、平均摩爾質量、混合氣體的密度（恒溫、恒壓）均保持不變；
平衡常數(shù)K根據(jù)“三段式”來進行計算得出；
（4）根據(jù)外界條件對化學平衡的影響判斷，圖1中t₂正逆反應速率同時同等程度增大，對于2SO₂+O₂?2SO₃，使用催化劑才能實現(xiàn)正逆反應速率同時同等程度增大；圖2中時刻t₂ SO₃濃度增大，SO₂濃度減小，即化學平衡向右移動，從溫度、壓強對平衡的影響進行分析．

解答 解：（1）反應物接觸面積越大，反應越劇烈，黃鐵礦粉碎會增大反應物的接觸面積，加快反應速度，
故答案為：增大固體的接觸面積，提高反應速率；
（2）提高SO₂平衡轉化率，促進化學平衡向右移動，
a．正反應方向氣體體積減小，減小壓強，化學平衡向逆反應方向移動，故a錯誤；
b．正反應方向放熱，升高溫度，化學平衡向正反應方向移動，故b錯誤；
c．增大氧氣濃度，化學平衡向右移動，故c正確；
d．減小生成物濃度，化學平衡向右移動，故d正確；
故答案為：cd；
（3）a．SO₂和SO₃濃度相等，并不能說明各物質濃度不變，不能判斷是否平衡，故a錯誤；
b．SO₂百分含量保持不變，即各物質濃度不再發(fā)生變化，達到化學平衡狀態(tài)，故b正確；
c．反應前后氣體物質的量不同，容器中氣體的壓強不變，則達到化學平衡狀態(tài)，故c正確；
d．SO₃的生成速率與SO₂的消耗速率相等，均為正反應方向，不能判斷正逆反應速率是否相等，不能判斷是否平衡，故d錯誤；
故選bc；
  根據(jù)題意：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），
初始物質的量：2n         n         0
變化物質的量：2nx        nx       2nx         
平衡物質的量：2n-2nx     n-nx      2nx
則平衡常數(shù)為K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）•c（{O}_{2}）}$=$（\frac{2nx}{V}）^{2}$÷$（\frac{2n-2nx}{V}）^{2}$÷$（\frac{n-nx}{V}）$=$\frac{V{x}^{2}}{n（1-x）^{3}}$，
故答案為：bc； $\frac{V{x}^{2}}{n（1-x）^{3}}$；
（4）圖1中，t₂正逆反應速率同時同等程度增大，由于反應前后氣體物質的量不同，增大壓強化學平衡發(fā)生移動，即正逆反應速率變化程度不同，所以外界條件只能為加入催化劑，圖2中時刻t₂SO₃濃度增大，SO₂濃度減小，即化學平衡向右移動，又由于在t₂時，二者濃度不變，即壓強不變，或者說，不是因為壓強變化而導致平衡的移動，只能為溫度的影響，所以條件為降低溫度，
故答案為：加入催化劑；降低溫度．

點評 本題是一道綜合性的考題，涉及化學反應速率、化學平衡常數(shù)、化學平衡的移動以及v-t圖的知識，難度較大，綜合性強．