Question

工業(yè)制硫酸生產(chǎn)流程如下圖：

（1）早期生產(chǎn)用黃鐵礦為原料，但現(xiàn)在工廠生產(chǎn)硫酸用硫磺為原料，理由是

 

（2）在催化反應(yīng)室，下列措施中有利于提高SO₂平衡轉(zhuǎn)化率的有

 

A．升高溫度                       B．減少壓強(qiáng)
C．不斷補(bǔ)充SO₂和空氣             D．及時分離出SO₃
（3）在生產(chǎn)中，為提高催化劑效率采取了哪些措施？

 

（4）已知2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），△H=-196kJ?mol^-1．在450℃、常壓和釩催化條件下向一密閉容器中充入2molSO₂和1molO₂，充分反應(yīng)后，放出的熱量

 

（填“＜”“＞”“=”）196kJ，理由是

 

． 
（5）經(jīng)檢測生產(chǎn)硫酸的原料氣成分（體積分?jǐn)?shù)）為SO₂7%、O₂11%、N₂82%．在500℃，0.1MPa條件下達(dá)到平衡時，各種氣體的體積比為V（SO₂）：V（SO₃）：V（O₂）：V（N₂）=0.46：6.5：7.7：82，則SO₂的利用率為

 

（6）在450℃、常壓和釩催化條件下，在容積為VL的容器中加入2n molSO₂和n molO₂，反應(yīng)達(dá)平衡后測得平衡常數(shù)為K，此時O₂的轉(zhuǎn)化率為x．則K和x的關(guān)系滿足K=

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,化學(xué)平衡的影響因素

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）黃鐵礦為原料的生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢棄物太多，處理成本高；
（2）提高SO₂平衡轉(zhuǎn)化率，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動，結(jié)合平衡移動原理分析解答；
（3）從防止催化劑中毒、適宜的溫度、增大與反應(yīng)氣體的接觸面積分析解答；
（4）該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，不可能進(jìn)行完全，又因?yàn)榉磻?yīng)溫度為450℃，所以放出的熱量小于196kJ；
（5）令開始總物質(zhì)的量為100mol，則二氧化硫?yàn)?mol，反應(yīng)中氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量不變，氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為82mol，據(jù)此計(jì)算反應(yīng)后二氧化硫的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算其轉(zhuǎn)化率；
（6）根據(jù)氧氣的轉(zhuǎn)化率計(jì)算氧氣濃度變化量，利用三段式進(jìn)行平衡時各組分的濃度，代入平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算．

解答： 解：（1）黃鐵礦為原料的生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢棄物太多，處理成本高，故現(xiàn)在工廠生產(chǎn)硫酸用硫磺為原料，
故答案為：黃鐵礦為原料的生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢棄物太多，處理成本高；
（2）A．正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，二氧化硫的轉(zhuǎn)化率降低，故A錯誤；
B．正反應(yīng)為體積減小的反應(yīng)，減少壓強(qiáng)，平衡向逆反應(yīng)方向移動，二氧化硫的轉(zhuǎn)化率降低，故B錯誤；
C．不斷補(bǔ)充SO₂和空氣，利用平衡向正反應(yīng)方向移動，增大空氣的用量可以通過二氧化硫轉(zhuǎn)化率，故C正確；
D．及時分離出SO₃，平衡向正反應(yīng)方向移動，二氧化硫的轉(zhuǎn)化率增大，故D正確；
故答案為：CD；
（3）凈化氣體防止催化劑中毒，控制溫度在400～500℃，增大催化劑與反應(yīng)氣體的接觸面積，
故答案為：①凈化氣體 ②控制溫度在400～500℃③增大催化劑與反應(yīng)氣體的接觸面積；
（4）在1atm和298K條件下，2mol SO₂和1mol O₂完全反應(yīng)生成2mol SO₃，放出196kJ熱量，該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，不可能進(jìn)行完全，又因?yàn)榉磻?yīng)溫度為450℃，所以放出的熱量小于196kJ，
故答案為：＜；在1atm和298K條件下，2mol SO₂和1mol O₂完全反應(yīng)生成2mol SO₃，放出196kJ熱量，該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，不可能進(jìn)行完全，又因?yàn)榉磻?yīng)溫度為450℃，所以放出的熱量小于196kJ；
（5）令開始總物質(zhì)的量為100mol，則二氧化硫?yàn)?mol，氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為82mol，反應(yīng)中氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量不變，由體積比可知反應(yīng)后二氧化硫的物質(zhì)的量為0.46mol，故參加反應(yīng)的二氧化硫?yàn)?mol-0.46mol=6.54mol，故二氧化硫的轉(zhuǎn)化率=

6.54mol

7mol

×100%=93.43%，
故答案為：93.43%；
（6）VL的容器中加入2n molSO₂和n molO₂，起始濃度分別為

2n

V

mol/L、

n

V

mol/L，平衡時時O₂的轉(zhuǎn)化率為x，氧氣的濃度變化量為x

n

V

mol/L，則：
             2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
開始（mol/L）：

2n

V

     

n

V

        0
變化（mol/L）：

2nx

V

     x

n

V

       

2nx

V

平衡（mol/L）：

2n

V

（1-x）  

n

V

（1-x）  

2nx

V

故平衡常數(shù)K=

( 2nx V )2

( 2n(1-x) V )2× n V (1-x)

=

Vx2

n(1-x)3

，
故答案為：

Vx2

n(1-x)3

．

點(diǎn)評：本題考查硫酸工業(yè)、化學(xué)平衡影響因素、反應(yīng)熱計(jì)算、化學(xué)平衡計(jì)算、化學(xué)平衡常數(shù)計(jì)算等，（5）中注意利用賦值法計(jì)算，降低計(jì)算難度，（6）中為字母型計(jì)算，增大計(jì)算難度，對學(xué)生的心理素質(zhì)有較高的要求，難度中等．