Question

接觸法制硫酸工藝中，其主反應(yīng)在450℃并有催化劑存在下進(jìn)行：
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H＜0
（1）該反應(yīng)450℃時(shí)的平衡常數(shù)

大于

500℃時(shí)的平衡常數(shù)（填“大于”、“小于”或“等于”）．
（2）該化學(xué)達(dá)到平衡的標(biāo)志是

b、d

．
a．v（O₂）_正=2v（ SO₃）_逆                b．容器中氣體的平均分子量不隨時(shí)間而變化
c．容器中氣體的密度不隨時(shí)間而變化   d．容器中氣體的分子總數(shù)不隨時(shí)間而變化
（3）恒溫、密閉容器體系中充入一定量SO₂、O₂，反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，某物理量隨體系總壓強(qiáng)（p）的關(guān)系如圖所示所示．該物理量可能是

b、d

．
a．平衡體系中SO₂的體積分?jǐn)?shù)
b．氣體的平均相對分子質(zhì)量
c．混合氣體的密度
d．平衡體系中SO₂的轉(zhuǎn)化率
（4）在一個(gè)固定容積為5L的密閉容器中充入0.20mol SO₂和0.10mol O₂，半分鐘后達(dá)到平衡，測得容器中含SO₃0.18mol，則v（O₂）=

0.036

 mol?L^-1?min^-1：若繼續(xù)通入0.20mol SO₂和0.10mol O₂，則平衡

向正反應(yīng)方向

移動（填“向正反應(yīng)方向”、“向逆反應(yīng)方向”或“不”），再次達(dá)到平衡后，

0.36

 mol＜n（SO₃）＜

0.40

mol．
（5）壓強(qiáng)及溫度對SO₂轉(zhuǎn)化率的影響如表（原料氣各成分的體積分?jǐn)?shù)為：SO₂7%；O₂1l%；N₂ 82%）；

壓強(qiáng)轉(zhuǎn)化率溫度	0.1MPa	0.5MPa	1MPa	10MPa
400℃	99.2%	99.6%	99.7%	99.9%
500℃	93.5%	96.9%	97.8%	99.3%
600℃	73.7%	85.8%	89.5%	96.4%

利用表中數(shù)據(jù)分析．在實(shí)際生產(chǎn)中選擇的適宜生產(chǎn)條件是：溫度

400℃～500℃

℃，壓強(qiáng)

0.1

MPa．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)平衡常數(shù)大只與溫度有關(guān)，對于吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡正向移動，平衡常數(shù)增大，而對于放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動，平衡常數(shù)減�。�
（2）根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征分析，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度、質(zhì)量、體積分?jǐn)?shù)以及百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，做題時(shí)要注意方程式前后氣體的化學(xué)計(jì)量數(shù)的關(guān)系；
（3）根據(jù)壓強(qiáng)增大，平衡向氣體體積減小的方向移動，即正向移動，然后逐項(xiàng)分析；
（4）根據(jù)化學(xué)方程式求出反應(yīng)的O₂的物質(zhì)的量，利用V=

△C

△t

=

△n V

△t

求出氧氣的速率；根據(jù)影響化學(xué)平衡的因素來判斷平衡移動方向；利用極限法求出再次達(dá)平衡后n（SO₃）的范圍；
（5）根據(jù)題目提供的數(shù)據(jù)分析二氧化硫催化氧化的適宜條件和原因．從催化劑的催化活性去確定溫度的選擇，從反應(yīng)進(jìn)行程度的大小、設(shè)備的耐壓性、控制成本等角度考慮；

解答：解：（1）2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H＜0，反應(yīng)放熱，升高溫度，平衡逆向移動，平衡常數(shù)減小，所以反應(yīng)450℃時(shí)的平衡常數(shù)大于500℃時(shí)的平衡常數(shù)，故答案為：大于；
（2）a、因化學(xué)方程式的系數(shù)之比等于化學(xué)反應(yīng)中各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比，v（O₂）_正=

1

2

v（ SO₃）_正，又因v（O₂）_正=2v（ SO₃）_逆，所以v（ SO₃）_正和v（ SO₃）_逆不相等，不是否達(dá)到平衡，故a錯(cuò)誤；
b、氣體的平均分子量等于

m(總)

n(總)

，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，反應(yīng)過程中氣體的總質(zhì)量不變，該反應(yīng)為氣體的分子總數(shù)減少的反應(yīng)，若混合氣體的平均分子量不變，說明平衡混合物中各組成成分含量不變，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故b正確；
c、氣體的密度ρ=

m(總)

V

，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，反應(yīng)過程中氣體的總質(zhì)量不變，容器體積不變，氣體的密度不會發(fā)生變化，故容器中氣體的密度不隨時(shí)間而變化，不能判斷反應(yīng)是否達(dá)到平衡，故c錯(cuò)誤；
d、該反應(yīng)為氣體的分子總數(shù)減少的反應(yīng)，當(dāng)容器中氣體的分子總數(shù)不隨時(shí)間而變化時(shí)，平衡混合物中各組成成分含量不變，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故d正確；
故選：b d．
（3）壓強(qiáng)增大，平衡向氣體體積減小的方向移動，即正向移動，
a．平衡體系中SO₂的體積減少，體積分?jǐn)?shù)減少，故a錯(cuò)誤；
b．氣體的平均分子量等于

m(總)

n(總)

，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，反應(yīng)過程中氣體的總質(zhì)量不變，混合氣體的總物質(zhì)的量減少，混合氣體的平均分子量增大，故b正確；
c．氣體的密度ρ=

m(總)

V

，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，反應(yīng)過程中氣體的總質(zhì)量不變，容器體積不變，氣體的密度不會發(fā)生變化，故c錯(cuò)誤；
d．平衡體系中SO₂的物質(zhì)的量減少，即參加反應(yīng)的SO₂的物質(zhì)的量增大，平衡體系中SO₂的轉(zhuǎn)化率增大，故d正確；
故選：b、d；
（4）當(dāng)生成0.18molSO₃時(shí)，參加反應(yīng)的氧氣的物質(zhì)的量為x，
      2SO₂ +O₂ ?2SO₃
            1    2
            x    0.18mol
        解得x=0.09mol
所以氧氣的速率V=

△C

△t

=

△n V

△t

=

0.09mol 5L

0.5min

=0.036mol?L^-1?min^-1；
繼續(xù)通入0.30molSO₂和0.15molO₂，容器內(nèi)壓強(qiáng)增大，平衡向氣體體積減小的方向移動，即向正反應(yīng)方向移動；
用極限法求出n（SO₃）的范圍，假設(shè)平衡不移動，此時(shí)n（SO₃）=0.18×2=0.36mol，假設(shè)0.40molSO₂完全生成SO₃，根據(jù)化學(xué)方程式2SO₂+O₂?2SO₃可知n（SO₃）=0.4mol，所以再次達(dá)到平衡時(shí)，0.36mol＜n（SO₃）＜0.40mol，
故答案為：0.036；向正反應(yīng)方向；0.36、0.40；
（6）2SO₂（g）+O₂（g）2SO₃（g））△H=-98.3kJ?mol^-1，正方向?yàn)榉艧岱磻?yīng)，從化學(xué)平衡移動條件分析應(yīng)該采用低溫高壓．而根據(jù)表格中提供的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，壓強(qiáng)的增加引起SO₂轉(zhuǎn)化率的變化并不明顯，所以工業(yè)上直接采用常壓；同時(shí)反應(yīng)中使用催化劑，為了使催化劑的催化活性最強(qiáng)，根據(jù)表格中提供的數(shù)據(jù)應(yīng)該采用400℃～500℃，故答案為：
400℃～500℃；0.1；

點(diǎn)評：本題是一道綜合題，有一定的難度，考查的知識點(diǎn)較多，知識面廣，應(yīng)加強(qiáng)平時(shí)知識的積累．