Question

2．硫酸生产主要有硫磺法和硫铁矿法等，这两种制法均经过催化氧化步骤．
（1）钒触媒（V₂O₅）能加快SO₂的氧化速率，V₂O₅的催化循环机理可能为：V₂O₅氧化SO₂时，自身被还原为四价钒化合物；四价钒化合物再被氧气氧化．写出该催化循环机理的化学方程式SO₂+V₂O₅═SO₃+2VO₂，4VO₂+O₂═2V₂O₅．
（2）已知：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1．
恒温条件下，容积为1L的恒容容器中，硫可以发生如下转化，其反应过程和能量关系如图所示．
①写出能表示硫的燃烧热的热化学方程式为S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=-297kJ•mol^-1．
②在相同条件下，充入1molSO₃和0.5mol的O₂则达到平衡时SO₃的转化率为20%，此时该反应吸收19.66kJ的能量．
（3）在温度相同、体积均为1L的三个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时的有关数据如下．
已知：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1．

容  器	甲	乙	丙
反应物投入量	2mol SO2、1mol O2	2mol SO3	4mol SO2、2mol O2、
平衡时n（SO3）	1.6mol	n2	n3
能量变化	放出a kJ	吸收b kJ	放出c kJ
SO2或SO3的转化率	α1	α2	α3

则：①α₁+α₂=1，a+b=196.6kJ．
②计算在该温度下此反应的平衡常数为80．

Answer 1

分析 （1）根据反应物和生成物确定反应的历程；
（2）①燃烧热是指1mol可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热量；
②根据化学平衡常数K计算出平衡时SO₃的转化率，继而计算出吸收的热量；
（3）①恒温、恒容条件下，甲、乙为等效平衡，平衡时各物质的含量相同；根据甲容器计算各组分物质的量变化量、平衡时各组分物质的量，可以计算甲、乙中转化率，结合热化学方程式计算b，进而得到甲、乙中转化率之和及热量a、b之和；
②根据甲中的相关数据计算，平衡时生成n（SO₃）=1.6mol，可计算各物质的平衡浓度，进而计算平衡常数．

解答 解：（1）V₂O₅氧化SO₂时，自身被还原为四价钒化合物；四价钒化合物再被氧气氧化，则反应的相关方程式为SO₂+V₂O₅=SO₃+2VO₂，4VO₂+O₂=2V₂O₅，
故答案为：SO₂+V₂O₅═SO₃+2VO₂，4VO₂+O₂═2V₂O₅；
（2）①烧热是指1mol可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热量，所以，硫的物质的量为1mol．由图1可知1molS（s）完全燃烧放出的热量为297KJ，所以，硫的燃烧热的热化学方程式S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H=-297 KJ•mol^-1，
故答案为：S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=-297 kJ•mol^-1；
②根据图象所给的信息可知，反应2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）的平衡常数K=$\frac{{C}^{2}（S{O}_{3}）}{{C}^{2}（S{O}_{2}）•C（{O}_{2}）}$=$\frac{0．{8}^{2}}{0．{2}^{2}×0.6}$=$\frac{80}{3}$．
在相同条件下，充入1molSO₃和0.5molO₂，设反应达到平衡时SO₃转化了Xmol，则有：
       2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
初始：0             0.5mol/L          1mol/L
△C：Xmol/L         $\frac{X}{2}$ mol/L         Xmol/L
平衡：Xmol/L      （0.5+$\frac{X}{2}$）mol/L     （1-X）mol/L
根据温度不变，平衡常数K的值不变可知：K=$\frac{（1-X）^{2}}{{X}^{2}×（0.5+\frac{X}{2}）}$=$\frac{80}{3}$，解得：X=0.2mol，
故反应达到平衡时SO₃的转化率为$\frac{0.2mol}{1mol}$×100%=20%．
由热化学方程式2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1可知，2SO₃（g）?2SO₂（g）+O₂（g）△H=-196.6kJ•mol^-1即1molSO₃分解吸收98.3KJ的热量，则0.2molSO₃分解吸收的热量Q=98.3KJ×0.2=19.66KJ．
故答案为：20%；19.66；
（3）①恒温恒容下，甲、乙为完等效平衡，平衡时同种组分的物质的量相等，体积均为1L，最终n（SO₃）=1.4 mol，
甲容器：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
起始量（mol）：2        1       0
变化量（mol）：1.6      0.8     1.6
平衡量（mol）：0.4      0.2     1.6
则α₁=$\frac{1.6mol}{2mol}$=0.8，放出热量为196.6kJ×0.8，
乙容器：α₂=$\frac{2mol-1.6mol}{2mol}$=0.2，吸收热量为196.6kJ×0.2，
故α₁+α₂=0.8+0.2=1，a+b=196.6，
故答案为：1；196.6；
②体积为1L，则由①计算数据可知K=$\frac{1．{6}^{2}}{0．{4}^{2}×0.2}$=80，
故答案为：80．

点评 本题考查化学平衡计算，为高频考点，侧重考查学生的分析、计算能力，本题注意把握等效平衡规律：1、恒温恒容，反应前后气体体积不等，按化学计量数转化到一边，对应物质满足等量；反应前后气体体积相等，按化学计量数转化到一边，对应物质满足等比，2：恒温恒压，按化学计量数转化到一边，对应物质满足等比．