Question

4．（1）二氧化硫的催化氧化的過(guò)程如圖1所示，

其中a、c二步的化學(xué)方程式可表示為：SO₂+V₂O₅?SO₃+V₂O₄ 4VOSO₄+O₂?2V₂O₅+4SO₃．該反應(yīng)的催化劑是V₂O₅（寫(xiě)化學(xué)式）
（2）壓強(qiáng)及溫度對(duì)SO₂轉(zhuǎn)化率的影響如下表（原料氣各成分的體積分?jǐn)?shù)為：SO₂ 7%，O₂ 11%，N₂ 82%）：

壓強(qiáng)/MPa 溫度/℃	0.1	0.5	1	10
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%

當(dāng)合成SO₃的反應(yīng)達(dá)到平衡后，改變某一外界條件（不改變SO₂、O₂和SO₃的量），反應(yīng)速率與時(shí)間的關(guān)系如圖2所示．圖中t₁時(shí)引起平衡移動(dòng)的條件可能是增大壓強(qiáng)其中表示平衡混合物中SO₃的含量最高的一段時(shí)間是t₂-t₃．
（3）550℃時(shí)，SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃的平衡轉(zhuǎn)化率（α）與體系總壓強(qiáng)（p）的關(guān)系如右圖3所示．將2.0mol SO₂和1.0mol O₂置于5 L密閉容器中，反應(yīng)達(dá)平衡后，體系總壓強(qiáng)為0.10M Pa．試計(jì)算反應(yīng)2SO₃?2SO₂+O₂ 在550℃時(shí)的平衡常數(shù)K=2.5×10^-3．
反應(yīng)達(dá)平衡后，下列措施中能使n（SO₃）/n（SO₂）增大的是CD
A．升高溫度                      B．充入He（g），使體系總壓強(qiáng)增大
C．再充入2mol SO₂和1mol O₂       D．再充入1mol SO₂和1mol O₂
（4）SO₃溶于水得到硫酸．在25°C下，將x mol•L^-1的氨水與y mol•L^-1的硫酸等體積混合，反應(yīng)后溶液中顯中性，則c（NH₄⁺）=2c（SO₄^2-）（填“＞”、“＜”或“=”）；用含x和y的代數(shù)式表示出氨水的電離平衡常數(shù)$\frac{2×1{0}^{-7}y}{x-2y}$．

Answer 1

分析 （1）二步的化學(xué)方程式可表示為：SO₂+V₂O₅?SO₃+V₂O₄，4VOSO₄+O₂?2V₂O₅+4SO₃，過(guò)程分析可知催化劑室改變反應(yīng)速率參與反應(yīng)過(guò)程，但化學(xué)性質(zhì)和質(zhì)量不變；
（2）根據(jù)圖象分析影響平衡的因素；
（3）根據(jù)化學(xué)平衡計(jì)算的三段式進(jìn)行計(jì)算，壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，依據(jù)平衡常數(shù)概念計(jì)算；依據(jù)條件改變和化學(xué)平衡移動(dòng)方向分析判斷選項(xiàng)；
（4）將x mol•L^-1的氨水與ymol•L^-1的硫酸等體積混合，反應(yīng)后溶液顯中性，根據(jù)電荷守恒，溶液中c（OH^-）=1×10^-7mol/L，根據(jù)K=$\frac{c（N{H}_{4}^{+}）×c（O{H}^{-}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$計(jì)算．

解答 解：（1）依據(jù)圖1中的轉(zhuǎn)化關(guān)系和化學(xué)方程式分析，V₂O₅參與反應(yīng)先做氧化劑把二氧化硫氧化為三氧化硫，本身被還原為圖中產(chǎn)物V₂O₄；根據(jù)氧化還原反應(yīng)的實(shí)質(zhì)寫(xiě)出并配平a步化學(xué)方程式SO₂+V₂O₅?SO₃+V₂O₄；C是VOSO₄轉(zhuǎn)化為SO₃，此過(guò)程需要重新生成催化劑V₂O₅，故答案為：V₂O₅；
（2）2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)前后氣體體積減小，依據(jù)反應(yīng)速率與時(shí)間的關(guān)系圖象分析，t₁時(shí)正逆反應(yīng)速率都增大，平衡正向移動(dòng)，引起平衡移動(dòng)的條件可能是增大壓強(qiáng)；由于t3時(shí)逆反應(yīng)速率大于正反應(yīng)速率，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，所以平衡混合物中SO₃的含量最高的一段時(shí)間是t₂-t₃，故答案為：增大壓強(qiáng)；t₂-t₃；
（3）體系總壓強(qiáng)為0.10M Pa，此時(shí)二氧化硫的轉(zhuǎn)化率為80%
             2SO₂ +O₂ $\frac{\underline{催化劑}}{△}$ 2SO₃
起始量（mol）  2      1          0
變化量 （mol）2×0.8  0.8     2×0.8
平衡量 （mol） 0.4   0.2        1.6
平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度為：[SO₂]=0.08mol/L，[O₂]=0.04mol/L，[SO₃]=0.32mol/L 代入平衡常數(shù)的計(jì)算式得到
平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）c（{O}_{2}）}$=$\frac{0.3{2}^{2}}{0.0{8}^{2}×0.04}$=400 L•mol^-1，
則反應(yīng)2SO₃?2SO₂+O₂ 在550℃時(shí)的平衡常數(shù)K=$\frac{1}{400}$=2.5×10^-3 ；
2SO₂+O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$2SO₃，反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，依據(jù)平衡移動(dòng)原理分析；
A．升高溫度，平衡逆向進(jìn)行，n（SO₃）/n（SO₂）比值減小，故A不符合；      
B．充入He（g），使體系總壓強(qiáng)增大，分壓不變，平衡不動(dòng)，n（SO₃）/n（SO₂）比值不變，故B不符合；
C．再充入2mol SO₂和1mol O₂，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)平衡正向進(jìn)行，n（SO₃）/n（SO₂）比值增大，故C符合；
D．再充入1mol SO₂和1mol O₂，二氧化硫轉(zhuǎn)化率增大，n（SO₃）/n（SO₂）比值增大，故D符合；
故答案為：2.5×10^-3；CD；
（4）溶液呈中性，c（H⁺）=c（OH^-），電荷守恒得：c（NH₄⁺）+c（H⁺）=2c（SO₄^2-）+c（OH^-），所以c（NH₄⁺）=2c（SO₄^2-），將x mol•L^-1的氨水與ymol•L^-1的硫酸等體積混合，反應(yīng)后溶液顯中性，溶液中c（OH^-）=1×10^-7mol/L，
溶液中c（NH₄⁺）=2c（SO₄^2-）=ymol/L，混合后反應(yīng)前c（NH₃•H₂O）=$\frac{x}{2}$mol/L，則反應(yīng)后c（NH₃•H₂O）=（$\frac{x}{2}$-y）mol/L，
則K=$\frac{c（N{H}_{4}^{+}）×c（O{H}^{-}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$=$\frac{y×1×1{0}^{-7}}{\frac{x}{2}-y}$=$\frac{2×1{0}^{-7}y}{x-2y}$，故答案為：=；$\frac{2×1{0}^{-7}y}{x-2y}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡的影響因素，催化劑作用分析，平衡常數(shù)計(jì)算應(yīng)用，題目難度不大，注意計(jì)較兩容器的不同狀態(tài)，從壓強(qiáng)對(duì)平衡移動(dòng)的影響角度分析．