Question

工业制硫酸时，利用催化氧化反应将SO₂转化为SO₃是一个关键的步骤．
（1）某温度下，SO₂（g）+O₂（g）?SO₃（g）；△H=-98kJ?mol^-1．开始时在100L的密闭容器中加入4.0mol SO₂（g）和10.0molO₂（g），当反应达到平衡时共放出热量196kJ，该温度下平衡常数K=______．
（2）一定条件下，向一带活塞的密闭容器中充入2mol SO₂和1mol O₂，发生反应：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），达平衡后改变下述条件，SO₂、O₂、SO₃气体平衡浓度都比原来增大的是______（填字母）．
A．保持温度和容器不变，充入2molSO₃
B．保持温度和容器体积不变，充入2molN₂
C．保持温度和容器内压强不变，充入1molSO₃
D．移动活塞压缩气体
E．升高温度
（3）下列关于2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）反应的图象中，不正确的是______．

（4）同学们学习了电化学知识后大家提出，可以用电解的方法来生产硫酸，可避免产生酸雨，污染环境．于是大家设计了一个以铂为电极，两极分别通入SO₂和空气，酸性电解液来实现电解生产硫酸．
①阳极的电极反应为______．
②若电解液为2L 0.025mol?L^-1的硫酸溶液，当电解过程共转移了0.1mol电子时，理论上消耗SO₂的体积为（标准状况）为______，此溶液的pH=______ （忽略溶液体积变化）．
③设计此实验的想法得到了老师的充分肯定，但与工业上生产硫酸相比还是有很多不足，请对此实验进行合理的评价______（写出一点即可）．

Answer 1

【答案】分析：（1）根据反应热计算参加反应的二氧化硫的物质的量，利用三段式法计算平衡浓度，根据平衡常数表达式计算；
（2）根据平衡移动的方向判断；
（3）升高温度，加快反应速率到达平均的时间缩短，逆反应速率增大更多，平衡向逆反应方向移动，三氧化硫的含量降低；增大压强，加快反应速率到达平均的时间缩短，正反应速率增大更多，平衡向正反应方向移动，三氧化硫的含量增大，据此结合图象判断；
（4）①电解池阳极发生氧化反应，SO₂被氧化生成SO₄^2-；
②电池的总反应式为：2SO₂+2H₂O+O₂=2H₂SO₄，根据电子转移计算二氧化硫的物质的量，再根据V=nVm计算其体积；计算生成的硫酸物质的量，继而计算溶液中氢离子浓度，再根据pH=-lgc（H⁺）计算；
③耗费电离的电能，产率低，不能大规模生成．
解答：解：（1）在100L的密闭容器中加入4.0mol SO₂（g）和10.0molO₂（g），当反应达到平衡时共放出热量196kJ，则消耗SO₂为2mol，
       SO₂（g）+O₂（g）?SO₃（g）；
起始：4mol     10mol      0
转化：2mol     1mol       2mol           
平衡：2mol     9mol       2mol           
则平衡时：c（SO₂）=0.02mol/L，c（O₂）=0.09mol/L，c（SO₃）=0.02mol/L，
所以k==3.33，
故答案为：3.33；
（2）A．保持温度和容器体积不变，充入2mol SO₃，平衡向逆反应分析移动，则SO₂、O₂、SO₃气体平衡浓度都比原来增大，故A正确；
B．保持温度和容器体积不变，充入2mol N₂，对平衡移动没有影响，各物质的浓度不变，故B错误；
C．保持温度和容器内压强不变，充入1mol SO₃，处于等效平衡状态，浓度不变，故C错误；
D．移动活塞压缩气体，体积减小，各物质的浓度都增大，故D正确；
E．升高温度，平衡向逆反应分析移动，SO₃的浓度减小，故E错误．
故答案为：AD；
（3）A．升高温度，逆反应速率增大更多，平衡向逆反应方向移动，图象与实际符合，故A正确；
B．升高温度，平衡向逆反应方向移动，三氧化硫的含量降低，图象与实际符合，故B正确；
C．升高温度，加快反应速率到达平均的时间缩短，逆反应速率增大更多，平衡向逆反应方向移动，三氧化硫的含量降低，图象与实际不符，故C错误；
D．增大压强，加快反应速率到达平均的时间缩短，正反应速率增大更多，平衡向正反应方向移动，三氧化硫的含量增大，图象与实际符合，故D正确；
故答案为：C；
（4）①电解池阳极发生氧化反应，SO₂被氧化生成SO₄^2-，阳极电极反应式为SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺，
故答案为：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；    
②电池的总反应式为：2SO₂+2H₂O+O₂=2H₂SO₄，0.1mol电子消耗SO₂的物质的量==0.05mol，消耗SO₂的体积为0.05mol×22.4L/mol=1.12L；
生成硫酸物质的量为0.05mol，故溶液c（H⁺）=0.025mol/L×2+=0.1mol/L，故pH=-lgc（H⁺）=1，
故答案为：1.12L；1；
③耗费大量的电能，不经济，产率低，不能大规模生成，故答案为：耗费大量的电能，不经济，产率低，不能大规模生成．
点评：本题考查化学平衡常数的有关计算、影响化学平衡的因素、平衡图象、电解原理与计算等，难度中等，是对学生综合能力的考查，注意基础知识的理解掌握．