Question

17．工業(yè)上以硫為原料生產硫酸，已知4g硫完全可放出aKJ的熱，則
（1）硫燃燒熱的熱化學方程式為S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=-8akJ/mol．硫酸生產過程中重要的一步是催化氧化（生產中保持恒溫恒容條件）：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
（2）該化學反應在低溫條件下自發(fā)．
（3）生產中為提高反應速率和SO₂的轉化率，下列措施可行的是A．
A．向裝置中充入O₂                  B．升高溫度
C．向裝置中充入N₂                  D．向裝置中充入過量的SO₂
（4）恒溫恒壓，通入3mol SO₂ 和2mol O₂及固體催化劑，平衡時容器內氣體體積為起始時的90%．保持同一反應溫度，在相同容器中，將起始物質的量改為 5mol SO₂（g）、3.5mol O₂（g）、1mol SO₃（g），下列說法正確的是BDE
A．第一次平衡時反應放出的熱量為294.9kJ
B．氣體物質的量不發(fā)生變化是該反應達平衡的標志．
C．兩次平衡SO₂的轉化率相等．
D．兩次平衡時的O₂體積分數相等
E．第二次平衡時SO₃的體積分數等于2/9
（5）某溫度下將10mol SO₂和5.0mol O₂置于體積為1L的恒容密閉容器中，SO₂轉化為SO₃的平衡轉化率為0.8．則該溫度下的平衡常數K=16．
（6）550℃，A、B表示不同壓強下的平衡轉化率（如圖），通常工業(yè)生產中采用常壓的原因是常壓下550°C，SO₂轉化率已經較高，并比較不同壓強下的平衡常數：K（0.10MPa）=K（1.0MPa）．

Answer 1

分析 （1）根據n=$\frac{m}{M}$計算出4gS單質的物質的量，然后可計算出1molS單質燃燒放出的熱量，再根據熱化學方程式的書寫原則解答；
（2）根據△H-T△S＜0反應自發(fā)進行分析；
（3）該反應是一個反應前后氣體體積減小的放熱反應，欲提高SO₂的轉化率，則改變條件使平衡向正反應方向移動；
（4）A．根據體積之比等于物質的量之比計算平衡時混合氣體總的物質的量，再利用差量法計算參加反應的二氧化硫的物質的量，結合熱化學方程式計算放出的熱量；
B．該反應前后氣體體積不相等，則物質的量不變時得到平衡狀態(tài)；
C．恒溫恒壓，兩次達到平衡狀態(tài)相同分析計算判斷；
D．恒溫恒壓，兩次達到平衡狀態(tài)相同分析判斷
E．根據A計算可知，原平衡時SO₃的體積分數為$\frac{1mol}{4.5mol}$=$\frac{2}{9}$；
（5）依據化學平衡三段式計算平衡濃度，結合平衡常數概念計算；
（6）壓強的增加引起SO₂轉化率的變化并不明顯，所以工業(yè)上直接采用常壓，平衡常數隨溫度變化．

解答 解：（1）4gS的物質的量為：$\frac{4g}{32g/mol}$=$\frac{1}{8}$mol，則1molS單質完全燃燒放出的熱量為：akJ×$\frac{1mol}{\frac{1}{8}}$=8akJ，則硫單質燃燒的熱化學方程式為：S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=-8akJ/mol，
故答案為：S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=-8akJ/mol；
（2）反應2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1為放熱反應，△H＜0，該反應為氣體體積縮小的反應，則△S＜0，若反應能夠自發(fā)進行，應該滿足△H-T△S＜0，則該反應需要在低溫下自發(fā)進行，
故答案為：低溫；
（3）A．向裝置中充入過量的O₂，化學平衡正向移動，會提高二氧化硫轉化率，故A正確；
B．升高溫度，化學平衡逆向移動，二氧化硫的轉化率減小，故B錯誤；
C．向裝置中充入N₂，化學平衡不會移動，不會提高二氧化硫轉化率，故C錯誤；
D．向裝置中充入過量的SO₂，二氧化硫轉化率降低，故D錯誤；
故答案為：A；
（2）A．由題意氣體體積為起使時的90%，則反應后總的物質的量為起始時的90%，平衡時總物質的量為（3mol+2mol）×90%=4.5mol，則平衡時各組成物質的量變化為：
  2SO₂+O₂?2SO₃ 物質的量減少△n
  2    1    2              1
1mol  0.5mol 1mol  （3mol+2mol）-4.5mol=0.5mol
此時放出的熱量為196.6kJ×$\frac{0.5mol}{1mol}$=98.3kJ，故A錯誤；
B．該反應為氣體體積變化的反應，當氣體物質的量不發(fā)生變化時說明該反應達到平衡狀態(tài)，故B正確；
C.2SO₂ +O₂ ?2SO₃
起始量（mol）  3     2         0
變化量（mol）  x    0.5x     x
平衡量（mol）3-x   2-0.5x  x
反應后總的物質的量為起始時的90%，3-x+2-0.5x+x=4.5，x=1mol，二氧化硫轉化率=$\frac{1mol}{3mol}$×100%=$\frac{1}{3}$；
保持同一反應溫度，在相同容器中，將起始物質的量改為 5mol SO₂（g）、3.5mol O₂（g）、1mol SO₃（g），轉化為起始量為6molSO₂（g）、4molO₂，恒壓條件下兩次平衡時等效平衡，平衡后二氧化硫應為4mol，轉化率=$\frac{1mol}{5mol}$×100%=20%，故C錯誤；
D．依據B分析可知等效平衡狀態(tài)，氧氣體積分數相同，故D正確；
E．原平衡時SO₃的體積分數為$\frac{1mol}{4.5mol}$=$\frac{2}{9}$，兩個平衡為等效平衡，則第二次平衡時SO₃的體積分數為$\frac{2}{9}$，故E正確；
故答案為：BDE； 
（5）500℃時將10mol SO₂和5.0mol O₂置于體積為1L的恒容密閉容器中，SO₂轉化為SO₃的平衡轉化率為0.8，反應的二氧化硫物質的量=9.5mol；
                       2SO₂ +O₂ ?2SO₃
起始量（mol/L）  10      5         0
變化量（mol/L）  8       4         8
平衡量（mol/L）  2       1         8
則500℃時的平衡常數為：K=$\frac{{8}^{2}}{{2}^{2}×1}$=16
故答案為：16；
（6）從圖象中可以看出，常壓SO₂就可以達到較高的轉化率，壓強的增加引起SO₂轉化率的變化并不明顯，加壓必須增大投資以解決增加設備和提供能量問題，所以工業(yè)上直接采用常壓；平衡常數隨溫度變化，不隨壓強變化，平衡常數不變，即K（0.10MPa）=K（1.0MPa），
故答案為：常壓下550°C，SO₂轉化率已經較高；=．

點評 本題考查了化學平衡的計算，題目難度中等，涉及化學平衡常數的計算、熱化學方程式書寫、化學平衡及其影響等知識，試題知識點較多、綜合性較強，充分考查了學生的分析能力及化學計算能力．