Question

工業(yè)上生產(chǎn)硫酸時(shí)，利用催化氫化反應(yīng)將SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃是一個(gè)關(guān)鍵步驟．

（1）SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃是在接觸室（如圖1）里進(jìn)行的，中部是一個(gè)熱交換器，它是由導(dǎo)熱性能良好的管狀材料（如銅管）制成．溫度低的氣體A從管外流過，上層催化劑反應(yīng)后的熱氣體從管內(nèi)流過，通過導(dǎo)熱材料進(jìn)行氣體與氣體的熱交換．實(shí)驗(yàn)室里有很多實(shí)驗(yàn)也需要進(jìn)行熱交換（除直接加熱外），如在進(jìn)行氣體和氣體熱交換時(shí)，通常使用玻璃導(dǎo)管，氣體和液體熱交換時(shí)，通常使用

 

（填儀器名稱），請(qǐng)你舉一例有液體與流體熱交換的化學(xué)實(shí)驗(yàn)

 

（填實(shí)驗(yàn)名稱）．
（2）某溫度下，2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196kJ?mol^-1．開始時(shí)在100L的密閉容器中加入4.0molSO₂（g）和10.0molO₂（g），當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)共放出熱量196kJ．此時(shí)二氧化硫的轉(zhuǎn)化率為

 

，該溫度下平衡常數(shù)K=

 

；
（3）一定溫度下，向體積為1L的密閉容器中充入2molSO₃（g）和1molO₂（g），發(fā)生下列反應(yīng)：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），達(dá)到平衡時(shí)SO₂的體積分?jǐn)?shù)為a．若保持溫度不變，以下列量作為起始量發(fā)生反應(yīng)，達(dá)到平衡后SO₂體積分?jǐn)?shù)仍為a的是

 

（填字母）．
A．向體積為1L的容器中充入2molSO₃
B．向體積為1L的容器中充入4molSO₂和2molO₂
C．向體積為1L的容器中充入1.8molSO₂、0.9molO₂、0.2molSO₃
D．向體積為0.5L的容器中充入1molSO₂和0.5molO₂
E．向體積為0.5L的容器中充入2molSO₂和1molO₂
（4）某學(xué)生廟想以如圖2所示裝置的電化學(xué)原理生產(chǎn)硫酸，寫出通入O₂一極的電極反應(yīng)式

 

．
（5）若通入SO₂的速率為2.24L?min^-1（標(biāo)準(zhǔn)狀況），為穩(wěn)定持續(xù)生產(chǎn)，硫酸溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)維持50%，則左側(cè)水的流入速率應(yīng)為

 

mL?min^-1．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,常見化學(xué)電源的種類及其工作原理,化學(xué)平衡常數(shù)的含義,等效平衡

專題：化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：（1）冷凝管可把蒸氣和冷卻水進(jìn)行能量交換，水浴加熱是液體和液體進(jìn)行能量交換；
（2）依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算得到，據(jù)轉(zhuǎn)化率公式求出SO₂的轉(zhuǎn)化率，根據(jù)平衡濃度計(jì)算平衡常數(shù)；
（3）根據(jù)平衡的特征和原平衡等效判斷；
（4）原電池正極發(fā)生還原反應(yīng)，氧氣被還原生成水；
（5）電池的總反應(yīng)式為：2SO₂+2H₂O+O₂=2H₂SO₄，根據(jù)方程式計(jì)算，注意硫酸的濃度不變．

解答： 解：（1）冷凝管可把蒸氣和冷卻水進(jìn)行能量交換，水浴加熱是液體和液體進(jìn)行能量交換，故答案為：冷凝管；實(shí)驗(yàn)室制硝基苯或銀鏡反應(yīng)；
（2）在T₂溫度時(shí)，開始在100L的密閉容器中加入4.0molSO₂和10.0molO₂，一定條件下當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)共放出熱量196kJ，根據(jù)熱化學(xué)方程式可知，參加反應(yīng)的二氧化硫?yàn)?mol；
             2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
開始量（mol） 4        10          0
變化量（mol） 2         1          2
平衡量（mol） 2         9          2
所以SO₂的轉(zhuǎn)化率α=

2mol

4mol

×100%=50%，
該溫度下平衡常數(shù)K=

c2(SO3)

c2(SO2)?c(O2)

=

( 2mol 100L )2

( 2mol 100L )2× 9mol 100L

=

100

9

=11.1，
故答案為：50%；11.1；
（3）A．向體積為1L的容器中充入2molSO₃，平衡向逆反應(yīng)分析移動(dòng)，達(dá)平衡后和原平衡等效，故A正確；
B．向體積為1L的容器中充入4molSO₂和2molO₂，相當(dāng)于加壓，平衡正向移動(dòng)，二氧化硫含量較少，故B錯(cuò)誤；
C．向體積為1L的容器中充入1.8molSO₂、0.9molO₂、0.2molSO₃，采用極值轉(zhuǎn)化法可知和原平衡等效，故C正確；
D．向體積為0.5L的容器中充入1molSO₂和0.5molO₂，和原平衡等效，故D正確；
E．向體積為0.5L的容器中充入2molSO₂和1molO₂，相當(dāng)于加壓，平衡正向移動(dòng)，二氧化硫含量減少，故E錯(cuò)誤；
故答案為：ACD；
（4）依據(jù)圖裝置分析，二氧化硫失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，
故答案為：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；
（5）電池的總反應(yīng)式為：2SO₂+2H₂O+O₂=2H₂SO₄，1min內(nèi)n（SO₂）=

2.24L

22.4L/mol

=0.1mol，消耗水0.1mol，生成硫酸的質(zhì)量為：0.1mol×98g/mol=9.8g，消耗水的質(zhì)量為：0.1mol×18g/mol=1.8g，
設(shè)1min內(nèi)通入xmLH₂O，
則有：

9.8g

9.8g+x×1g/mL-1.8g

=0.5
x=11.6mL/min，
故答案為：11.6．

點(diǎn)評(píng)：本題考查較為綜合，涉及化學(xué)平衡和電化學(xué)知識(shí)，題目難度中等，本題易錯(cuò)點(diǎn)為（5），注意根據(jù)濃度不變結(jié)合反應(yīng)的化學(xué)方程式計(jì)算．