Question

利用催化氧化反應(yīng)將SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃是工業(yè)上生產(chǎn)硫酸的關(guān)鍵步驟．已知：
SO₂（g）+

1

2

O₂（g）?SO₃（g）△H=-98kJ?mol^-1．
（1）某溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

10

3

，若在此溫度下，向100L的恒容密閉容器中，充入3.0mol SO₂（g）、16.0mol O₂（g）和3.0mol SO₃（g），則反應(yīng)開始時(shí)v（正）

 

v（逆）（填“＜”、“＞”或“=”）．
（2）一定溫度下，向一帶活塞的體積為2L的密閉容器中充入2.0mol SO₂和1.0mol O₂，達(dá)到平衡后體積變?yōu)?.6L，則SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率為

 

．
（3）在（2）中的反應(yīng)達(dá)到平衡后，改變下列條件，能使SO₂（g）平衡濃度比原來減小的是

 

（填字母）．
A．保持溫度和容器體積不變，充入1.0mol O₂
B．保持溫度和容器內(nèi)壓強(qiáng)不變，充入1.0mol SO₃
C．降低溫度       
D．移動(dòng)活塞壓縮氣體
（4）若以圖所示裝置，用電化學(xué)原理生產(chǎn)硫酸，寫出通入O₂電極的電極反應(yīng)式為

 

；為穩(wěn)定持續(xù)生產(chǎn)，硫酸溶液的濃度應(yīng)維持不變，則通入SO₂和水的質(zhì)量比為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,原電池和電解池的工作原理,化學(xué)平衡的影響因素

專題：化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：（1）依據(jù)計(jì)算的濃度商和平衡常數(shù)比較分析判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向；
（2）先根據(jù)平衡常數(shù)計(jì)算出c（SO₂），再根據(jù)轉(zhuǎn)化率公式求出SO₂的轉(zhuǎn)化率；
（3）根據(jù)濃度、溫度、壓強(qiáng)等外界條件對(duì)化學(xué)平衡的影響，求出平衡移動(dòng)后c（SO₂），
（4）通入O₂電極的電極是正極反應(yīng)，氧氣得到電子生成氫氧根離子，在酸性溶液中生成水；根據(jù)SO₂、O₂和水形成硫酸溶液的濃度為50%，求出SO₂和水的質(zhì)量比．

解答： 解：（1）因?yàn)闈舛壬蘍_C=

c(SO3)

c(SO2)c 1 2 (O2)

=

3.0mol 100L

3.0mol 100L ( 16.0mol 100L ) 1 2

=2.5＞K，所以化學(xué)反應(yīng)正向進(jìn)行，即v（正）＞v（逆）；
故答案為：＞；    
    （2）根據(jù)V_前/V_后=n_前/n_后 可得，向一帶活塞的體積為2L的密閉容器中充入2.0mol SO₂和1.0mol O₂，達(dá)到平衡后體積變?yōu)?.6L，n_后=2.4mol 
                    SO₂（g）+

1

2

O₂（g）?SO₃（g）
 開始（mol）         2.0     1.0         0
 反應(yīng)（mol）          a       

1

2

a        a 
 平衡（mol）        2.0-a    1-

1

2

a       a 
 則：（2.0-a）+（1.0-

1

2

a）+a=2.4
a=1.2
 所以SO₂的轉(zhuǎn)化率α=

1.2mol

2mol

×100%=60%，故答案為：60%；        
（3）A、保持溫度和容器體積不變，O₂的濃度增大，平衡正向移動(dòng)，SO₂的濃度減小，所以A正確；    
B、保持溫度和容器內(nèi)壓強(qiáng)不變，充入0.4mol SO₃，新的平衡與原平衡等效，SO₂的濃度不變，所以B錯(cuò)誤；
C、降低溫度，平衡向放熱的方向移動(dòng)，而正反應(yīng)為放熱，所以平衡正向移動(dòng)，SO₂的濃度減小，所以C正確；
D、移動(dòng)活塞壓縮氣體，SO₂的濃度瞬間增大，之后平衡向氣體體積減少的方向移動(dòng)，即向正反應(yīng)方向移動(dòng)，SO₂的濃度減小，再次到達(dá)平衡時(shí)SO₂的濃度仍比原來大，所以D錯(cuò)誤．
 故答案為：A、C；
（4）通入O₂電極的電極是正極反應(yīng)，氧氣得到電子生成氫氧根離子，在酸性溶液中生成水，電極反應(yīng)為：O₂+4e^-+4 H⁺=2H₂O；
設(shè)：SO₂和水的質(zhì)量分別為a、b       
         SO₂ +H₂O?H₂SO₃
         64   18   82
         a  

18a

64

  

82a

64

^₂H₂SO₃ +O₂═^₂H₂SO₄
 164        196
 

82a

64

       

98a

64

則：硫酸溶液的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為 

98a 64

98a 64 +b- 18a 64

×100%=50%，
所以a：b=16：29；
故答案為：O₂+4e^-+4 H⁺=2H₂O；16：29．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了化學(xué)平衡的有關(guān)知識(shí)，如利用濃度商判斷化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向，轉(zhuǎn)化率的計(jì)算、外界條件對(duì)化學(xué)平衡的影響以及有關(guān)化學(xué)計(jì)算，試題較靈活，綜合性強(qiáng)，題目難度較大．