Question

13．SO₂的催化氧化是工业上生产硫酸的关键步骤．
已知：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196kj•mol^-1，回答下列问题：
（1）某温度下该反应的平衡常数K=$\frac{10}{3}$，若在此温度下，向100L的恒容密闭容器中，充入3.0molSO₂（g）、16.0molO₂（g）和3.0molSO₃（g），则反应开始时v（正）＜v（逆）（填“＜”“＞”或“=”）．
（2）一定温度下，向一带活塞的体积为2L的密闭容器中充入2.0molSO₂和1.0molO₂，达到平衡后体积变为1.6L，则SO₂的平衡转化率为60%．
（3）在（2）中的反应达到平衡后，改变下列条件，能使SO₂（g）平衡浓度比原来减小的是A．
A．保持温度和容器体积不变，充入1.0 mol O₂
B．保持温度和容器内压强不变，充入1.0 mol SO₃
C．降低温度
D．移动活塞压缩气体
（4）若以如图所示装置，用电化学原理生产硫酸，写出通入SO₂电极的电极反应式：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺．
（5）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）计算此时浓度商Qc，若Qc=K，处于平衡状态，若Qc＜K，反应向正反应进行，若Qc＞K，反应向逆反应进行，进而判断v（正）、v（逆）相对大小；
（2）恒温恒压下，压强之比等于物质的量之比，计算平衡时混合气体总物质的量，再利用差量法计算转化的二氧化硫物质的量，进而计算二氧化硫转化率；
（3）A．保持温度和容器体积不变，充入1.0 mol O₂，平衡正向移动，；
B．保持温度和容器内压强不变，充入1.0 mol SO₃，与原平衡为等效平衡，平衡时相同组分的浓度相等；
C．降低温度，平衡正向移动，平衡常数增大，容器的容积减小，三氧化硫的浓度增大，由于体系中二氧化硫与氧气的浓度之比为2：1，故二者浓度增大；
D．移动活塞压缩气体，压强增大，平衡正向移动，三氧化硫浓度增大，平衡常数不变，二氧化硫与氧气浓度均增大；
（4）用电化学原理生产硫酸，气体隔膜不能使气体通过，右侧通入氧气，发生还原反应，左侧发生氧化反应，SO₂电极上SO₂失去电子氧化生成硫酸；
（5）原溶液为50%硫酸，则溶液中n（H₂SO₄）：n（H₂O）=$\frac{1}{98}$：$\frac{1}{18}$=9：49，结合电池总反应方程式为：2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄计算．

解答 解：（1）此时浓度商Qc=$\frac{0.0{3}^{2}}{0.0{3}^{2}×0.06}$=$\frac{50}{3}$＞K=$\frac{10}{3}$，反应向逆反应进行，则v（正）＜v（逆），
故答案为：＜；
（2）恒温恒压下，压强之比等于物质的量之比，则平衡后混合气体物质的量为（2+1）mol×$\frac{1.6L}{2L}$=2.4mol，则：
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△n
2                         1
1.2mol                  3mol-2.4mol=0.6mol
则SO₂的平衡转化率为$\frac{1.2mol}{2mol}$×100%=60%，
故答案为：60%；
（3）A．保持温度和容器体积不变，充入1.0 mol O₂，平衡正向移动，SO₂（g）平衡浓度比原来减小，故A正确；
B．保持温度和容器内压强不变，充入1.0 mol SO₃，与原平衡为等效平衡，SO₂（g）平衡浓度与原来相等，故B错误；
C．降低温度，平衡正向移动，平衡常数增大，容器的容积减小，三氧化硫的浓度增大，由于体系中二氧化硫与氧气的浓度之比为2：1，故二者浓度增大，故SO₂（g）平衡浓度比原来增大，故C错误；
D．移动活塞压缩气体，压强增大，平衡正向移动，三氧化硫浓度增大，平衡常数不变，二氧化硫与氧气浓度均增大，故D错误，
故选：A；
（4）用电化学原理生产硫酸，气体隔膜不能使气体通过，右侧通入氧气，发生还原反应，左侧发生氧化反应，SO₂电极上SO₂失去电子氧化生成硫酸，电极反应式为：SO₂失去电子氧化生成硫酸，SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺，
故答案为：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；
（5）原溶液为50%硫酸，则溶液中n（H₂SO₄）：n（H₂O）=$\frac{1}{98}$：$\frac{1}{18}$=9：49，
2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄
9mol    9mol  9mol
故通入SO₂和水的质量比为9mol×64g/mol：（9mol+49mol）×18g/mol=16：29，
故答案为：16：29．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、平衡常数应用、电化学原理及有关计算等，（3）中C选项为易错点，学生容易考虑平衡移动，忽略体积变化，（5）中注意加入的水部分参加反应，利用总反应式进行计算，难度中等．