Question

2．工业制硫酸生产流程如图：

（1）造气即将黄铁矿（主要成分FeS₂）在沸腾炉中充分煅烧，煅烧时将黄铁矿粉碎的目的是增大固体接触面积，提高反应速率．
（2）在催化反应室中发生的可逆反应为：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），△H＜0．下列措施中有利于提高SO₂平衡转化率的有cd．（填写编号）
a．减少压强         b．升高温度     c．不断补充空气       d．及时分离出SO₃
（3）在450℃、常压和钒催化条件下，在容积为VL的恒容容器中加入2n molSO₂和n molO₂，判断反应达到平衡状态的标志是bc．（填写编号）
a．SO₂和SO₃浓度相等  b．SO₂百分含量保持不变  
c．容器中气体的压强不变  d．SO₃的生成速率与SO₂的消耗速率相等
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=$\frac{V{x}^{2}}{n（1-x）^{3}}$；．
（4）图1、2表示该SO₂和O₂的反应在时刻t₁达到平衡、在时刻t₂因改变某个条件而发生变化的情况：图1中时刻t₂发生改变的条件是加入催化剂．图2中时刻t₂发生改变的条件是降低温度．

Answer 1

分析 （1）黄铁矿粉碎会增大反应物的接触面积加快反应速度；
（2）提高SO₂平衡转化率，促进化学平衡向右移动，根据化学平衡移动影响因素判断；
（3）根据化学平衡状态特征判断分析，达到平衡时，一是等，二是定：
等是指v正=v逆，同一种物质：该物质的生成速率等于它的消耗速率；不同的物质：速率之比等于方程式中各物质的计量数之比，但必须是不同方向的速率；
定是指各成分含量保持不变：各组成成分的质量、物质的量、分子数、体积（气体）、物质的量浓度均保持不变；各组成成分的质量分数、物质的量分数、气体的体积分数均保持不变；若反应前后的物质都是气体，且总体积不等，则气体的总物质的量、总压强（恒温、恒容）、平均摩尔质量、混合气体的密度（恒温、恒压）均保持不变；
平衡常数K根据“三段式”来进行计算得出；
（4）根据外界条件对化学平衡的影响判断，图1中t₂正逆反应速率同时同等程度增大，对于2SO₂+O₂?2SO₃，使用催化剂才能实现正逆反应速率同时同等程度增大；图2中时刻t₂ SO₃浓度增大，SO₂浓度减小，即化学平衡向右移动，从温度、压强对平衡的影响进行分析．

解答 解：（1）反应物接触面积越大，反应越剧烈，黄铁矿粉碎会增大反应物的接触面积，加快反应速度，
故答案为：增大固体的接触面积，提高反应速率；
（2）提高SO₂平衡转化率，促进化学平衡向右移动，
a．正反应方向气体体积减小，减小压强，化学平衡向逆反应方向移动，故a错误；
b．正反应方向放热，升高温度，化学平衡向正反应方向移动，故b错误；
c．增大氧气浓度，化学平衡向右移动，故c正确；
d．减小生成物浓度，化学平衡向右移动，故d正确；
故答案为：cd；
（3）a．SO₂和SO₃浓度相等，并不能说明各物质浓度不变，不能判断是否平衡，故a错误；
b．SO₂百分含量保持不变，即各物质浓度不再发生变化，达到化学平衡状态，故b正确；
c．反应前后气体物质的量不同，容器中气体的压强不变，则达到化学平衡状态，故c正确；
d．SO₃的生成速率与SO₂的消耗速率相等，均为正反应方向，不能判断正逆反应速率是否相等，不能判断是否平衡，故d错误；
故选bc；
  根据题意：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），
初始物质的量：2n         n         0
变化物质的量：2nx        nx       2nx         
平衡物质的量：2n-2nx     n-nx      2nx
则平衡常数为K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）•c（{O}_{2}）}$=$（\frac{2nx}{V}）^{2}$÷$（\frac{2n-2nx}{V}）^{2}$÷$（\frac{n-nx}{V}）$=$\frac{V{x}^{2}}{n（1-x）^{3}}$，
故答案为：bc； $\frac{V{x}^{2}}{n（1-x）^{3}}$；
（4）图1中，t₂正逆反应速率同时同等程度增大，由于反应前后气体物质的量不同，增大压强化学平衡发生移动，即正逆反应速率变化程度不同，所以外界条件只能为加入催化剂，图2中时刻t₂SO₃浓度增大，SO₂浓度减小，即化学平衡向右移动，又由于在t₂时，二者浓度不变，即压强不变，或者说，不是因为压强变化而导致平衡的移动，只能为温度的影响，所以条件为降低温度，
故答案为：加入催化剂；降低温度．

点评 本题是一道综合性的考题，涉及化学反应速率、化学平衡常数、化学平衡的移动以及v-t图的知识，难度较大，综合性强．