Question

工业制硫酸生产流程如下图：

（1）早期生产用黄铁矿为原料，但现在工厂生产硫酸用硫磺为原料，理由是

 

（2）在催化反应室，下列措施中有利于提高SO₂平衡转化率的有

 

A．升高温度                       B．减少压强
C．不断补充SO₂和空气             D．及时分离出SO₃
（3）在生产中，为提高催化剂效率采取了哪些措施？

 

（4）已知2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），△H=-196kJ?mol^-1．在450℃、常压和钒催化条件下向一密闭容器中充入2molSO₂和1molO₂，充分反应后，放出的热量

 

（填“＜”“＞”“=”）196kJ，理由是

 

． 
（5）经检测生产硫酸的原料气成分（体积分数）为SO₂7%、O₂11%、N₂82%．在500℃，0.1MPa条件下达到平衡时，各种气体的体积比为V（SO₂）：V（SO₃）：V（O₂）：V（N₂）=0.46：6.5：7.7：82，则SO₂的利用率为

 

（6）在450℃、常压和钒催化条件下，在容积为VL的容器中加入2n molSO₂和n molO₂，反应达平衡后测得平衡常数为K，此时O₂的转化率为x．则K和x的关系满足K=

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,有关反应热的计算,化学平衡的影响因素

专题：化学平衡专题

分析：（1）黄铁矿为原料的生产中产生的废弃物太多，处理成本高；
（2）提高SO₂平衡转化率，应使平衡向正反应方向移动，结合平衡移动原理分析解答；
（3）从防止催化剂中毒、适宜的温度、增大与反应气体的接触面积分析解答；
（4）该反应为可逆反应，不可能进行完全，又因为反应温度为450℃，所以放出的热量小于196kJ；
（5）令开始总物质的量为100mol，则二氧化硫为7mol，反应中氮气的物质的量不变，氮气的物质的量为82mol，据此计算反应后二氧化硫的物质的量，进而计算其转化率；
（6）根据氧气的转化率计算氧气浓度变化量，利用三段式进行平衡时各组分的浓度，代入平衡常数表达式计算．

解答： 解：（1）黄铁矿为原料的生产中产生的废弃物太多，处理成本高，故现在工厂生产硫酸用硫磺为原料，
故答案为：黄铁矿为原料的生产中产生的废弃物太多，处理成本高；
（2）A．正反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，二氧化硫的转化率降低，故A错误；
B．正反应为体积减小的反应，减少压强，平衡向逆反应方向移动，二氧化硫的转化率降低，故B错误；
C．不断补充SO₂和空气，利用平衡向正反应方向移动，增大空气的用量可以通过二氧化硫转化率，故C正确；
D．及时分离出SO₃，平衡向正反应方向移动，二氧化硫的转化率增大，故D正确；
故答案为：CD；
（3）净化气体防止催化剂中毒，控制温度在400～500℃，增大催化剂与反应气体的接触面积，
故答案为：①净化气体 ②控制温度在400～500℃③增大催化剂与反应气体的接触面积；
（4）在1atm和298K条件下，2mol SO₂和1mol O₂完全反应生成2mol SO₃，放出196kJ热量，该反应为可逆反应，不可能进行完全，又因为反应温度为450℃，所以放出的热量小于196kJ，
故答案为：＜；在1atm和298K条件下，2mol SO₂和1mol O₂完全反应生成2mol SO₃，放出196kJ热量，该反应为可逆反应，不可能进行完全，又因为反应温度为450℃，所以放出的热量小于196kJ；
（5）令开始总物质的量为100mol，则二氧化硫为7mol，氮气的物质的量为82mol，反应中氮气的物质的量不变，由体积比可知反应后二氧化硫的物质的量为0.46mol，故参加反应的二氧化硫为7mol-0.46mol=6.54mol，故二氧化硫的转化率=

6.54mol

7mol

×100%=93.43%，
故答案为：93.43%；
（6）VL的容器中加入2n molSO₂和n molO₂，起始浓度分别为

2n

V

mol/L、

n

V

mol/L，平衡时时O₂的转化率为x，氧气的浓度变化量为x

n

V

mol/L，则：
             2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
开始（mol/L）：

2n

V

     

n

V

        0
变化（mol/L）：

2nx

V

     x

n

V

       

2nx

V

平衡（mol/L）：

2n

V

（1-x）  

n

V

（1-x）  

2nx

V

故平衡常数K=

( 2nx V )2

( 2n(1-x) V )2× n V (1-x)

=

Vx2

n(1-x)3

，
故答案为：

Vx2

n(1-x)3

．

点评：本题考查硫酸工业、化学平衡影响因素、反应热计算、化学平衡计算、化学平衡常数计算等，（5）中注意利用赋值法计算，降低计算难度，（6）中为字母型计算，增大计算难度，对学生的心理素质有较高的要求，难度中等．