Question

15．工业上以黄铁矿为原料生产硫酸，其中重要的一步是催化氧化（生产中保持恒温恒容条件）：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
（1）生产中为提高反应速率和SO₂的转化率，下列措施可行的是A．
A．向装置中充入O₂              B．升高温度
C．向装置中充入N₂              D．向装置中充入过量的SO₂
（2）500℃时，将10mol SO₂和5.0mol O₂置于体积为2L的恒容密闭容器中，反应中数据如表所示：

时间/（min）	2	4	6	8
n（SO3）/（mol）	4.2	8.0	9.4	9.4

①反应前4分钟的平均速率v（O₂）=0.5mol/（L．min）．
②500℃时该反应的平衡常数K=1636.3．
（3）恒温恒压，通入3mol SO₂ 和2mol O₂及固体催化剂，平衡时容器内气体体积为起始时的90%．保持同一反应温度，在相同容器中，将起始物质的量改为 5mol SO₂、3.5mol O₂、1mol SO₃（g），下列说法正确的是CD．
A．第一次平衡时反应放出的热量为294.9kJ
B．两次平衡SO₂的转化率相等
C．两次平衡时的O₂体积分数相等
D．第二次平衡时SO₃的体积分数等于$\frac{2}{9}$．

Answer 1

分析 （1）该反应是一个反应前后气体体积减小的放热反应，欲提高SO₂的转化率，则改变条件使平衡向正反应方向移动；
（2）①反应前4分钟生成三氧化硫为8mol，由方程式可知参加反应的氧气为8mol×$\frac{1}{2}$=4mol，根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（O₂）；
②500℃时将10mol SO₂和5.0mol O₂置于体积为2L的恒容密闭容器中，6min到达平衡，平衡时产生三氧化硫9.4mol，则：
              2SO₂（g）+O₂ （g）?2SO₃ （g）
起始量（mol/L）：5      2.5       0
变化量（mol/L）：4.7    2.35      4.7
平衡量（mol/L）：0.3    0.15     4.7
再根据K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）×c（{O}_{2}）}$计算平衡常数；
（3）恒温恒压下，体积之比等于气体物质的量之比，故平衡时混合气体总物质的量为（3mol+2mol）×90%=4.5mol，则：
2SO₂（g）+O₂ （g）?2SO₃ （g） 物质的量减小△n=1
起始量（mol）：3 2 0
变化量（mol）：1 0.5 1 （3+2）-4.5=0.5
平衡量（mol）：2 1.5 1
将起始物质的量改为 5mol SO₂、3.5mol O₂、1mol SO₃（g），等效为开始通入6mol SO₂ 和4mol O₂，与第一次平衡时投料比相等，恒温恒压下二者为等效平衡，平衡时同种物质的含量相等、浓度相等，同种组分物质的量第二次平衡时为第一次平衡2倍．

解答 解：（1）A．向装置中充入过量的O₂，化学平衡正向移动，会提高二氧化硫转化率，故A正确；
B．正反应为放热反应，升高温度，化学平衡逆向移动，二氧化硫的转化率减小，故B错误；
C．向装置中充入N₂，反应各组分浓度不变，化学平衡不会移动，不会提高二氧化硫转化率，故C错误；
D．向装置中充入过量的SO₂，二氧化硫转化率降低，故D错误；
故选：A；
（2）①反应前4分钟生成三氧化硫为8mol，由方程式可知参加反应的氧气为8mol×$\frac{1}{2}$=4mol，故反应前4分钟的平均速率v（O₂）=$\frac{\frac{4mol}{2L}}{4min}$=0.5mol/（L．min），
故答案为：0.5mol/（L．min）；
②500℃时将10mol SO₂和5.0mol O₂置于体积为2L的恒容密闭容器中，6min到达平衡，平衡时产生三氧化硫9.4mol，则：
               2SO₂（g）+O₂ （g）?2SO₃ （g）
起始量（mol/L）：5     2.5     0
变化量（mol/L）：4.7   2.35   4.7
平衡量（mol/L）：0.3   0.15   4.7
则500℃时的平衡常数K=$\frac{4．{7}^{2}}{0．{3}^{3}×0.15}$=1636.3；
故答案为：1636.3；
（3）恒温恒压下，体积之比等于气体物质的量之比，故平衡时混合气体总物质的量为（3mol+2mol）×90%=4.5mol，则：
             2SO₂（g）+O₂ （g）?2SO₃ （g） 物质的量减小△n=1
起始量（mol）：3      2        0
变化量（mol）：1      0.5      1     （3+2）-4.5=0.5
平衡量（mol）：2      1.5      1
将起始物质的量改为 5mol SO₂、3.5mol O₂、1mol SO₃（g），等效为开始通入6mol SO₂ 和4mol O₂，与第一次平衡时投料比相等，恒温恒压下二者为等效平衡，平衡时同种物质的含量相等、浓度相等．
A．反应放出的热量为，0.5mol×196.6kJ•mol^-1=98.3kJ，故A错误；
B．第一次平衡时二氧化硫转化率为$\frac{1mol}{3mol}$×100%=33.3%，恒温恒压下二者为等效平衡，则第二次平衡后二氧化硫应为2mol×2=4mol，故消耗的二氧化硫为5mol-4mol=1mol，第二次平衡时二氧化硫转化率为$\frac{1mol}{5mol}$×100%，故B错误；
C．两次平衡为等效平衡，两次平衡时的O₂体积分数相等，故C正确；
D．由A计算中可知，第一次平衡时三氧化硫体积分数为$\frac{1mol}{4.5mol}$=$\frac{2}{9}$，为等效平衡，平衡时三氧化硫体积分数相等，故D正确，
故选：CD．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、反应速率计算、平衡常数、等效平衡等，（3）关键理解等效平衡规律：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．