Question

12．工業(yè)上以黃鐵礦為原料生產(chǎn)硫酸，其中重要的一步是催化氧化（生產(chǎn)中保持恒溫恒容條件）：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
（1）生產(chǎn)中為提高反應速率和SO₂的轉化率，下列措施可行是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
（2）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CD
A．第一次平衡時反應放出的熱量為294.9kJ  B．兩次平衡SO₂的轉化率相等
C．兩次平衡時的O₂體積分數(shù)相等         D．第二次平衡時SO₃的體積分數(shù)等于2/9
（3）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0.95．則500℃時的平衡常數(shù)K=1.444x10³．
（4）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(chǎn)中采用常壓的原因是常壓下400～500°C，SO₂轉化率已經(jīng)很高了，加壓必須增大投資以解決增加設備和提供能量問題，并比較不同壓強下的平衡常數(shù)：K（0.10MPa）=K（1.0MPa）．

Answer 1

分析 （1）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；
（2）A、根據(jù)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、恒溫恒壓，兩次達到平衡狀態(tài)相同分析計算判斷；
C、恒溫恒壓，兩次達到平衡狀態(tài)相同分析判斷
D、根據(jù)A計算可知，原平衡時SO₃的體積分數(shù)為$\frac{1mol}{4.5mol}$=$\frac{2}{9}$；
（3）依據(jù)化學平衡三段式計算平衡濃度，結合平衡常數(shù)概念計算；
（4）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(shù)隨溫度變化；

解答 解：（1）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；
故選：A；
（2）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、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B錯誤；
C、依據(jù)B分析可知等效平衡狀態(tài)，氧氣體積分數(shù)相同，故C正確；
D、原平衡時SO₃的體積分數(shù)為$\frac{1mol}{4.5mol}$=$\frac{2}{9}$，故D正確；
故答案為：CD； 
（3）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0.95，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）  9.5     4.75    9.5
平衡量（mol/L）  0.5     0.25     9.5
則500℃時的平衡常數(shù)K=$\frac{9．{5}^{2}}{0．{5}^{2}×0.25}$=1.444x10³；
故答案為：1.444x10³；
（4）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(shù)隨溫度變化，不隨壓強變化，平衡常數(shù)不變；
故答案為：常壓下400～500°C，SO₂轉化率已經(jīng)很高了，加壓必須增大投資以解決增加設備和提供能量問題，=．

點評 本題考查了平衡影響因素，平衡計算分析，注意平衡建立和反應條件選擇的方法和依據(jù)，平衡常數(shù)計算應用，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．