Question

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．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）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（g）、3.5mol O₂（g）、1mol SO₃（g），下列说法正确的是

 

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

2

9

（3）500℃时将10mol SO₂和5.0mol O₂置于体积为1L的恒容密闭容器中，SO₂转化为SO₃的平衡转化率为0.95．则500℃时的平衡常数K=

 

．
（4）550℃，A、B表示不同压强下的平衡转化率（如图），通常工业生产中采用常压的原因是

 

，并比较不同压强下的平衡常数：K（0.10MPa）

 

K（1.0MPa）．

Answer 1

考点：化学平衡的影响因素,化学平衡常数的含义

专题：化学平衡专题

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）A、根据体积之比等于物质的量之比计算平衡时混合气体总的物质的量，再利用差量法计算参加反应的二氧化硫的物质的量，结合热化学方程式计算放出的热量；
B、恒温恒压，两次达到平衡状态相同分析计算判断；
C、恒温恒压，两次达到平衡状态相同分析判断
D、根据A计算可知，原平衡时SO₃的体积分数为

1mol

4.5mol

=

2

9

；
（3）依据化学平衡三段式计算平衡浓度，结合平衡常数概念计算；
（4）压强的增加引起SO₂转化率的变化并不明显，所以工业上直接采用常压，平衡常数随温度变化；

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．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，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）由题意气体体积为起使时的90%，则反应后总的物质的量为起始时的90%，平衡时总物质的量为（3mol+2mol）×90%=4.5mol，则平衡时各组成物质的量变化为：
  2SO₂+O₂?2SO₃ 物质的量减少△n
  2    1    2              1
1mol  0.5mol 1mol  （3mol+2mol）-4.5mol=0.5mol
此时放出的热量为196.6KJ×

0.5mol

1mol

=98.3KJ，故A错误；
B、2SO₂+O₂?2SO₃
起始量（mol）  3     2     0
变化量（mol）  x    0.5x   x
平衡量（mol）3-x   2-0.5x  x
反应后总的物质的量为起始时的90%，3-x+2-0.5x+x=4.5，x=1mol，二氧化硫转化率=

1mol

3mol

×100%=

1

3

；
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（g）、3.5mol O₂（g）、1mol SO₃（g），转化为起始量为6molSO₂（g）、4molO₂，恒压条件下两次平衡时等效平衡，平衡后二氧化硫应为4mol，转化率=

1mol

5mol

×100%=20%，故B错误；
C、依据B分析可知等效平衡状态，氧气体积分数相同，故C正确；
D、原平衡时SO₃的体积分数为

1mol

4.5mol

=

2

9

，故D正确；
故答案为：CD； 
（3）500℃时将10mol SO₂和5.0mol O₂置于体积为1L的恒容密闭容器中，SO₂转化为SO₃的平衡转化率为0.95，反应的二氧化硫物质的量=9.5mol；
                2SO₂ +O₂ ?2SO₃
起始量（mol/L）  10      5       0
变化量（mol/L）  9.5     4.75    9.5
平衡量（mol/L）  0.5     0.25     9.5
则500℃时的平衡常数K=

9．52

0．52×0.25

=1.444x10³；
故答案为：1.444x10³；
（4）从图象中可以看出，常压SO₂就可以达到较高的转化率，压强的增加引起SO₂转化率的变化并不明显，加压必须增大投资以解决增加设备和提供能量问题，所以工业上直接采用常压，平衡常数随温度变化，不随压强变化，平衡常数不变；
故答案为：常压下400～500°C，SO₂转化率已经很高了，加压必须增大投资以解决增加设备和提供能量问题，=；

点评：本题考查了平衡影响因素，平衡计算分析，注意平衡建立和反应条件选择的方法和依据，平衡常数计算应用，掌握基础是关键，题目难度中等．