Question

13．工業(yè)上生產(chǎn)硫酸最重要的一步是SO₂的催化氧化，反應(yīng)原理如下：2SO₂（g）+O₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1；某學(xué)生為了模擬上述實(shí)驗(yàn)，在體積為10L的密閉容器中充入一定量的SO₂與O₂并用氣體傳感器測得不同時(shí)刻的SO₂與O₂的濃度如下表：

時(shí)間/min	0	2	4	6	8	10	12
c（SO2）/mol•L-1	0.04	0.024	0.012	0.006	0.004	0.002	0.002
c（O2）/mol•L-1	0.04	0.032	0.026	0.023	0.022	0.021	0.021

試回答：（1）該反應(yīng)前2min內(nèi)的平均反應(yīng)速率υ（O₂）=0.004mol•L^-1•min^-1；
（2）上述反應(yīng)的平衡常數(shù)的表達(dá)式為K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）•c（{O}_{2}）}$；
（3）上述反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，放出的熱量為37.354kJ；
（4）為了提高反應(yīng)速率和SO₂的轉(zhuǎn)化率，下列措施可行的是c（填字母）；
a．在容積不變的情況下充入SO₂      b．使用更高效的催化劑
c．在容積不變的情況下充入0.2molSO₂和0.2molO₂   d．升高溫度
（5）硫酸工業(yè)的尾氣是主要大氣污染物，有人欲設(shè)計(jì)利用SO₂分解生成S和O₂的方法除去SO₂，已知：SO₂（g）=S（s）+O₂（g）△H＞0、△S＜0，試判斷此反應(yīng)不能（填“能”或“不能”）自發(fā)進(jìn)行，其依據(jù)是△H＞0△S＜0，則在任何溫度下△G＞0，不可能自發(fā)進(jìn)行．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)υ=$\frac{△c}{△t}$進(jìn)行計(jì)算求解；
（2）平衡常數(shù)的表達(dá)式為平衡時(shí)生成的濃度冪之積比上反應(yīng)物濃度冪之積；
（3）10min時(shí)反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)，由2SO₂（g）+O₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1可知，1mol的氧氣完全反應(yīng)放出熱量為：196.6kJ，而平衡時(shí)消耗氧氣的量為：（0.04-0.021）mol•L^-1×10L=0.19mol，由此分析解答；
（4）為了提高反應(yīng)速率和SO₂的轉(zhuǎn)化率，改變外界條件，使平衡正向移動，由此分析解答；
（5）根據(jù)G=△H-T•△S判斷反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行．

解答 解：（1）該反應(yīng)前2min內(nèi)的平均反應(yīng)速率υ（O₂）=$\frac{（0.04-0.032）mol•{L}^{-1}}{2min}$=0.004mol•L^-1•min^-1，故答案為：0.004mol•L^-1•min^-1；
（2）平衡常數(shù)的表達(dá)式為K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）•c（{O}_{2}）}$，故答案為：$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）•c（{O}_{2}）}$；
（3）10min時(shí)反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)，由2SO₂（g）+O₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1可知，1mol的氧氣完全反應(yīng)放出熱量為：196.6kJ，而平衡時(shí)消耗氧氣的量為：（0.04-0.021）mol•L^-1×10L=0.19mol，所以放出的熱量為0.19mol×196.6kJ/mol=37.354kJ，故答案為：37.354；
（4）a．在容積不變的情況下充入SO₂，平衡正向移動，但本身轉(zhuǎn)化率降低，故錯誤；     
b．使用更高效的催化劑，平衡不移動，故錯誤；
c．在容積不變的情況下充入0.2molSO₂和0.2molO₂，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡正向移動，二氧化硫的轉(zhuǎn)化率增大，故正確；  
d．升高溫度，平衡逆向移動，二氧化硫的轉(zhuǎn)化率減小，故錯誤；
故選c；
（5）SO₂（g）=S（s）+O₂（g）△H＞0、△S＜0，根據(jù)G=△H-T•△S，G＞0，不能實(shí)現(xiàn)，故答案為：不能；△H＞0△S＜0，則在任何溫度下△G＞0，不可能自發(fā)進(jìn)行．

點(diǎn)評 本題考查化學(xué)反應(yīng)的速率、化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式、化學(xué)平衡的移動和反應(yīng)的自發(fā)性等，題目難度中等，注意相關(guān)知識的積累．