Question

硫酸生产主要有硫磺法和硫铁矿法等，这两种制法均经过催化氧化步骤．
（1）钒触媒（V₂O₅）能加快SO₂的氧化速率，此过程中SO₂先与V₂O₅反应生成V₂O₄．该过程的化学方程式可表示为______．
（2）为测定过程中混合气的SO₂体积分数，选用0.0500mol/LI₂的标准溶液、淀粉溶液进行测定．已知：V（耗用I₂标准溶液）=10.00mL，V（采集烟气）=100.0mL（已折算为标准状况），则烟气中SO₂的体积分数为______．
（3）一定温度时，SO₂的平衡转化率（α）与体系总压强（p）的关系如图所示．试分析工业生产中采用常压的原因是______．
（4）在温度相同、体积均为1L的三个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时的有关数据如下．
已知：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）；△H=-98.3kJ?mol^-1．

容器	甲	乙	丙
反应物投入量	2molSO2、1molO2	2molSO3	mmolSO2、nmolO2、pmolSO3
c（SO3）/mol?L-1	1.4	1.4	1.4
能量变化	放出akJ	吸收bkJ	吸收ckJ
SO2或SO3的转化率	α1	α2	12.5%

则α₁+α₂=______，p=______mol，b+c=______kJ．

Answer 1

【答案】分析：（1）根据钒触媒（V₂O₅）能加快SO₂的氧化速率，此过程中SO₂先与V₂O₅反应生成V₂O₄，可看出钒元素的化合价从+5价降为+4价，所以，二氧化硫中的硫从+4价上升为+5价；
（2）碘单质具有氧化性，二氧化硫中+4价的硫具有还原性，发生反应：SO₂+I₂+2H₂O=H₂SO₄+2HI；
（3）从图象中可以看出，当压强为0.1KPa时，SO₂的转化率为0.90，当压强为1.0KPa时，SO₂的转化率为0.95；
（4）2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）；△H=-98.3kJ?mol^-1，该反应为放热反应，恒温、恒容，放出的能量以及转化率与参加反应的物质的物质的量成正比．
解答：解：（1）SO₂先与V₂O₅反应生成V₂O₄，V₂O₅参与反应作氧化剂，本身被还原为V₂O₄则二氧化硫被氧化为三氧化硫，
故答案为：SO₂+V₂O₅?V₂O₄+SO₃；
（2）根据公式n=c×v，I₂的物质的量为n=0.0500mol/L×0.01L=5×10^-4mol，根据反应：
                 SO₂ +I₂ +2H₂O=H₂SO₄+2HI
             5×10^-4mol     5×10^-4mol
标准状况下的体积为5×10^-4mol×22.4L/mol=1.12×10^-2L．V（采集烟气）=100.0mL（已折算为标准状况），则烟气中SO₂的体积分数为=0.112．故答案为：0.112；
（3）当压强为0.1KPa时，SO₂的转化率为0.90，SO₂的转化率已很高，当压强为1.0KPa时，SO₂的转化率为0.95；
此时，对设备、能源都有很高的要求，压强的增加引起SO₂转化率的变化并不明显，经济上不划算，
故答案为：在常压时，SO₂的转化率已很高，若加压，则对设备、能源等有较高的要求，经济上不划算；
（4）在温度相同、体积均为1L的三个密闭容器中，SO₃的物质的量均为1mol．化学平衡状态的达到与化学反应途径无关．在相同的条件下，可逆反应，无论从正反应开始还是从逆反应开始，还是从既有反应物又有生成物开始，达到的化学平衡状态是相同的，平衡混合物中各组成物质的百分含量保持不变，就是等效平衡．三个密闭容器，保持恒温、恒容，最终c（SO₃）=1.4 mol?L^-1．三个容器中的反应为等效平衡．体积均为1L，最终n（SO₃）=1.4 mol．
甲                  2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）；△H=-98.3kJ?mol^-1．
起始量（mol）      2              1                         0
变化量 （mol）    1.4           0.7                     1.4-98.3kJ×=68.81KJ     
平衡量 （mol）    0.6           0.3                     
故a=68.81，α₁==0.7，
乙容器保持恒温、恒容，和甲容器中反应为等效平衡．故b=98.3kJ×（2-1.4）/2=29.49kJ．该反应从三氧化硫开始，α₂==0.3，α₁+α₂=0.7+0.3=1．
丙                2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）；△H=-98.3kJ?mol^-1．吸收ckJ说明反应从逆反应方向开始．
起始量（mol）      m          n             p
变化量 （mol）    0.2         0.1       1.4÷（1-12.5%）-1.4          
平衡量 （mol）   m+0.2     n+0.1               1.4       
P=1.4÷（1-12.5%）=1.6，c=98.3kJ×（1.6-1.4）/2=9.83
b+c=29.49+9.83=39.32kJ，
故答案为：1；1.6；39.32．
点评：本题考查了硫酸的工业制取的生产原理应用．解题时需注意利用信息进行判断和书写化学方程式．该题还需掌握化学平衡的计算的基本方法．