Question

利用催化氧化反应将SO₂转化为SO₃是工业上生产硫酸的关键步骤．T℃时反应2SO₂（g）+O₂（g）AUTOTEXT＜=＞\*MERGEFORMAT 错误！未找到引用源．2SO₃（g）过程中的能量变化如图所示，回答下列问题．
（1）T℃时将3molSO₂和1molO₂通入体积为2L的恒温恒容密闭容器中，发生反应．2min时反应达到平衡，此时测得反应物O₂还剩余0.1mol，则达到平衡时SO₂的转化率为

60%

．
（2）下列叙述能证明该反应已达化学平衡状态的是

①②③④

（填序号）
①SO₂的体积分数不再发生变化    ②容器内压强不再发生变化   ③容器内气体分子总数不再发生变化   ④相同时间内消耗2n molSO₂的同时生成n molO₂   ⑤相同时间内消耗2n molSO₂的同时生成2n molSO₃
（3）反应

放热

（填“放出”或“吸收”）

E₃或E₂-E₁

热量（用E₁、E₂或E₃表示）．

（4）若以右图所示装置，用电化学原理生产硫酸，将SO₂、O₂以一定压强喷到活性电极上反应．写出两电极的电极反应式：

正极：O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O

；

负极：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺

．为稳定持续生产，硫酸溶液的浓度应维持不变，则通入SO₂和水的质量比为

16：29

．

Answer 1

分析：（1）利用三段式解题法计算参加反应的SO₂的物质的量，利用转化率的定义计算．
（2）可逆反应到达平衡时，v（正）=v（逆）（同种物质）或正逆速率之比等于化学计量数之比（不同物质），反应混合物各组分的浓度不变、物质的量不变、含量为定值，以及由此衍生的一些其它量为定值，据此判断．
（3）由图可知，反应物的总能量高于生产物的总能量，所以反应放热，根据能量守恒放出的热量为E₃ 或E₂-E₁．
（4）本质为SO₂与O₂反应生成SO₃以，SO₃再与水化合生成硫酸，负极发生氧化反应，正极发生还原反应．

解答：解：（1）2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）      
     开始 3 mol     1mol         0              
     转化 1.8 mol   0.9mol     1.8 mol        
     平衡 1.2mol    0.1mol     1.8 mol 
  所以SO₂的转化率=

1.8mol

3mol

×100%=60%
故答案为：60%
（2）该反应前后气体体积减小，化学平衡状态的标志：正逆反应速率相等（同种物质）或正逆速率之比等于化学计量数之比（不同物质），反应混合物各组分的浓度不变、物质的量不变、含量为定值．
①②③④符合条件；⑤所指方向一致，故⑤错．
故选：①②④
（3）从图象知，反应物的能量大于生成物的能量，所以该反应是放热反应；
 根据能量守恒放出的热量为E₃ 或E₂-E₁．
故答案为：放热；E₃ 或E₂-E₁
（4）该原电池的本质是2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄，SO₂在负极上发生氧化反应电极反应式为SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺，O₂在正极上发生还原反应电极反应式为O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O；
为维持浓度不变，SO₂和O₂、H₂O反应生成硫酸的质量分数是50%，所需的水为反应的水和做溶剂的水，所以质量比为=2×64：（2×18+2×98）=16：29
故答案为：正极：O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O，负极：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺； 16：29

点评：本题考查电极反应式的书写、平衡状态的判断等知识点，难度中等，注意化学平衡状态的判断方法，是高考的热点，也是学习的难点．易错点是（4）中所需的水为反应的水和做溶剂的水，易忽略做溶剂的水．