Question

7．工業(yè)制硫酸生產(chǎn)流程如圖甲：

（1）造氣即將黃鐵礦在沸騰爐中充分煅燒，煅燒時將黃鐵礦粉碎的目的是增大固體接觸面積，提高轉化率．
（2）在催化反應室中發(fā)生的可逆反應為：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），△H＜0．下列措施中有利于提高SO₂平衡轉化率的有cd．（填寫編號）
a．減少壓強      b．升高溫度   c．不斷補充空氣    d．及時分離出SO₃
（3）在450℃、常壓和釩催化條件下，在容積為VL的恒容容器中加入2n molSO₂和n molO₂，判斷反應達到平衡狀態(tài)的標志是bc．（填寫編號）
a．SO₂和SO₃濃度相等         b．SO₂百分含量保持不變
c．容器中氣體的壓強不變      d．SO₃的生成速率與SO₂的消耗速率相等
反應達平衡后測得平衡常數(shù)為K，此時O₂的轉化率為x，則K和x的關系滿足K=$\frac{V{x}^{2}}{n（1-x）^{3}}$．
（4）圖乙、丙表示該SO₂和O₂的反應在時刻t₁達到平衡、在時刻t₂因改變某個條件而發(fā)生變化的情況：圖乙中時刻t₂發(fā)生改變的條件是催化劑．圖丙中時刻t₂發(fā)生改變的條件是降低溫度．
（5）以SO₂、O₂和H₂O為原料，利用原電池原理可制得硫酸．該電池用多孔材料作電極，電解質溶液呈酸性．該電池負極的電極反應式為SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺．

Answer 1

分析 （1）黃鐵礦粉碎會增大反應物的接觸面積加快反應速度；
（2）提高SO₂平衡轉化率，促進化學平衡向右移動，根據(jù)化學平衡移動影響因素判斷；
（3）根據(jù)化學平衡狀態(tài)特征判斷；根據(jù)“三段式”來進行計算得出結論；
（4）根據(jù)外界條件對化學平衡的影響判斷；
（5）電解質溶液呈酸性．SO₂在電池負極放電生成SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺．

解答 解：（1）反應物接觸面積越大，反應越劇烈，黃鐵礦粉碎會增大反應物的接觸面積，加快反應速度，故答案為：增大固體的接觸面積，提高反應速率；
（2）提高SO₂平衡轉化率，促進化學平衡向右移動，
a．正反應方向氣體體積減小，減小壓強，化學平衡向逆反應方向移動，故a錯誤；
b．正反應方向放熱，升高溫度，化學平衡向正反應方向移動，故b錯誤；
c．增大氧氣濃度，化學平衡向右移動，故c正確；
d．減小生成物濃度，化學平衡向右移動，故d正確；
故答案為：cd；
（3）a、SO₂和SO₃濃度相等，并不能說明各物質濃度不變，不能判斷是否平衡，故a錯誤；
b、SO₂百分含量保持不變，即各物質濃度不再發(fā)生變化，達到化學平衡狀態(tài)，故b正確；
c、反應前后氣體物質的量不同，容器中氣體的壓強不變，則達到化學平衡狀態(tài)，故c正確；
d、SO₃的生成速率與SO₂的消耗速率相等，均為正反應方向，不能判斷正逆反應速率是否相等，不能判斷是否平衡，故d錯誤；
故選bc；
根據(jù)題意：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），
初始物質的量：2n n 0
變化物質的量：2nx nx 2nx
平衡物質的量：2n-2nx n-nx 2nx
則平衡常數(shù)為K₁=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）•c（{O}_{2}）}$=$\frac{（\frac{2nx}{V}）^{2}}{（\frac{2n-2nx}{V}）^{2}•（\frac{n-nx}{V}）}$=$\frac{V{x}^{2}}{n（1-x）^{3}}$；
故答案為：bc； $\frac{V{x}^{2}}{n（1-x）^{3}}$；
（4）圖1中，t₂正逆反應速率同時同等程度增大，由于反應前后氣體物質的量不同，增大壓強化學平衡發(fā)生移動，即正逆反應速率變化程度不同，所以外界條件只能為加入催化劑；圖2中時刻t₂SO₃濃度增大，SO₂濃度減小，即化學平衡向右移動，又由于在t₂時，二者濃度不變，即壓強不變，或者說，不是因為壓強變化而導致平衡的移動，只能為溫度的影響，所以條件為降低溫度，故答案為：加入催化劑；降低溫度；
（5）以SO₂、O₂和H₂O為原料，利用原電池原理可制得硫酸，電解質溶液呈酸性．SO₂在電池負極放電生成SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺；
故答案為：SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺．

點評 本題是一道綜合性的考題，涉及化學反應速率、化學平衡常數(shù)、化學平衡的移動以及v-t圖的知識，難度較大，綜合性強．