Question

13．工业上生产硫酸最重要的一步是SO₂的催化氧化，反应原理如下：2SO₂（g）+O₂（g）$\stackrel{催化剂}{?}$2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1；某学生为了模拟上述实验，在体积为10L的密闭容器中充入一定量的SO₂与O₂并用气体传感器测得不同时刻的SO₂与O₂的浓度如下表：

时间/min	0	2	4	6	8	10	12
c（SO2）/mol•L-1	0.04	0.024	0.012	0.006	0.004	0.002	0.002
c（O2）/mol•L-1	0.04	0.032	0.026	0.023	0.022	0.021	0.021

试回答：（1）该反应前2min内的平均反应速率υ（O₂）=0.004mol•L^-1•min^-1；
（2）上述反应的平衡常数的表达式为K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）•c（{O}_{2}）}$；
（3）上述反应达到平衡时，放出的热量为37.354kJ；
（4）为了提高反应速率和SO₂的转化率，下列措施可行的是c（填字母）；
a．在容积不变的情况下充入SO₂      b．使用更高效的催化剂
c．在容积不变的情况下充入0.2molSO₂和0.2molO₂   d．升高温度
（5）硫酸工业的尾气是主要大气污染物，有人欲设计利用SO₂分解生成S和O₂的方法除去SO₂，已知：SO₂（g）=S（s）+O₂（g）△H＞0、△S＜0，试判断此反应不能（填“能”或“不能”）自发进行，其依据是△H＞0△S＜0，则在任何温度下△G＞0，不可能自发进行．

Answer 1

分析 （1）根据υ=$\frac{△c}{△t}$进行计算求解；
（2）平衡常数的表达式为平衡时生成的浓度幂之积比上反应物浓度幂之积；
（3）10min时反应达平衡状态，由2SO₂（g）+O₂（g）$\stackrel{催化剂}{?}$2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1可知，1mol的氧气完全反应放出热量为：196.6kJ，而平衡时消耗氧气的量为：（0.04-0.021）mol•L^-1×10L=0.19mol，由此分析解答；
（4）为了提高反应速率和SO₂的转化率，改变外界条件，使平衡正向移动，由此分析解答；
（5）根据G=△H-T•△S判断反应能否自发进行．

解答 解：（1）该反应前2min内的平均反应速率υ（O₂）=$\frac{（0.04-0.032）mol•{L}^{-1}}{2min}$=0.004mol•L^-1•min^-1，故答案为：0.004mol•L^-1•min^-1；
（2）平衡常数的表达式为K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）•c（{O}_{2}）}$，故答案为：$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）•c（{O}_{2}）}$；
（3）10min时反应达平衡状态，由2SO₂（g）+O₂（g）$\stackrel{催化剂}{?}$2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1可知，1mol的氧气完全反应放出热量为：196.6kJ，而平衡时消耗氧气的量为：（0.04-0.021）mol•L^-1×10L=0.19mol，所以放出的热量为0.19mol×196.6kJ/mol=37.354kJ，故答案为：37.354；
（4）a．在容积不变的情况下充入SO₂，平衡正向移动，但本身转化率降低，故错误；     
b．使用更高效的催化剂，平衡不移动，故错误；
c．在容积不变的情况下充入0.2molSO₂和0.2molO₂，相当于增大压强，平衡正向移动，二氧化硫的转化率增大，故正确；  
d．升高温度，平衡逆向移动，二氧化硫的转化率减小，故错误；
故选c；
（5）SO₂（g）=S（s）+O₂（g）△H＞0、△S＜0，根据G=△H-T•△S，G＞0，不能实现，故答案为：不能；△H＞0△S＜0，则在任何温度下△G＞0，不可能自发进行．

点评 本题考查化学反应的速率、化学平衡常数表达式、化学平衡的移动和反应的自发性等，题目难度中等，注意相关知识的积累．