Question

硫酸生產(chǎn)主要有硫磺法和硫鐵礦法等，這兩種制法均經(jīng)過催化氧化步驟．
（1）釩觸媒（V₂O₅）能加快SO₂的氧化速率，此過程中SO₂先與V₂O₅反應(yīng)生成V₂O₄．該過程的化學(xué)方程式可表示為______．
（2）為測定過程中混合氣的SO₂體積分?jǐn)?shù)，選用0.0500mol/LI₂的標(biāo)準(zhǔn)溶液、淀粉溶液進(jìn)行測定．已知：V（耗用I₂標(biāo)準(zhǔn)溶液）=10.00mL，V（采集煙氣）=100.0mL（已折算為標(biāo)準(zhǔn)狀況），則煙氣中SO₂的體積分?jǐn)?shù)為______．
（3）一定溫度時，SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率（α）與體系總壓強(qiáng)（p）的關(guān)系如圖所示．試分析工業(yè)生產(chǎn)中采用常壓的原因是______．
（4）在溫度相同、體積均為1L的三個密閉容器中，按不同方式投入反應(yīng)物，保持恒溫、恒容，測得反應(yīng)達(dá)到平衡時的有關(guān)數(shù)據(jù)如下．
已知：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）；△H=-98.3kJ?mol^-1．

容器	甲	乙	丙
反應(yīng)物投入量	2molSO2、1molO2	2molSO3	mmolSO2、nmolO2、pmolSO3
c（SO3）/mol?L-1	1.4	1.4	1.4
能量變化	放出akJ	吸收bkJ	吸收ckJ
SO2或SO3的轉(zhuǎn)化率	α1	α2	12.5%

則α₁+α₂=______，p=______mol，b+c=______kJ．

Answer 1

【答案】分析：（1）根據(jù)釩觸媒（V₂O₅）能加快SO₂的氧化速率，此過程中SO₂先與V₂O₅反應(yīng)生成V₂O₄，可看出釩元素的化合價從+5價降為+4價，所以，二氧化硫中的硫從+4價上升為+5價；
（2）碘單質(zhì)具有氧化性，二氧化硫中+4價的硫具有還原性，發(fā)生反應(yīng)：SO₂+I₂+2H₂O=H₂SO₄+2HI；
（3）從圖象中可以看出，當(dāng)壓強(qiáng)為0.1KPa時，SO₂的轉(zhuǎn)化率為0.90，當(dāng)壓強(qiáng)為1.0KPa時，SO₂的轉(zhuǎn)化率為0.95；
（4）2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）；△H=-98.3kJ?mol^-1，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，恒溫、恒容，放出的能量以及轉(zhuǎn)化率與參加反應(yīng)的物質(zhì)的物質(zhì)的量成正比．
解答：解：（1）SO₂先與V₂O₅反應(yīng)生成V₂O₄，V₂O₅參與反應(yīng)作氧化劑，本身被還原為V₂O₄則二氧化硫被氧化為三氧化硫，
故答案為：SO₂+V₂O₅?V₂O₄+SO₃；
（2）根據(jù)公式n=c×v，I₂的物質(zhì)的量為n=0.0500mol/L×0.01L=5×10^-4mol，根據(jù)反應(yīng)：
                 SO₂ +I₂ +2H₂O=H₂SO₄+2HI
             5×10^-4mol     5×10^-4mol
標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為5×10^-4mol×22.4L/mol=1.12×10^-2L．V（采集煙氣）=100.0mL（已折算為標(biāo)準(zhǔn)狀況），則煙氣中SO₂的體積分?jǐn)?shù)為=0.112．故答案為：0.112；
（3）當(dāng)壓強(qiáng)為0.1KPa時，SO₂的轉(zhuǎn)化率為0.90，SO₂的轉(zhuǎn)化率已很高，當(dāng)壓強(qiáng)為1.0KPa時，SO₂的轉(zhuǎn)化率為0.95；
此時，對設(shè)備、能源都有很高的要求，壓強(qiáng)的增加引起SO₂轉(zhuǎn)化率的變化并不明顯，經(jīng)濟(jì)上不劃算，
故答案為：在常壓時，SO₂的轉(zhuǎn)化率已很高，若加壓，則對設(shè)備、能源等有較高的要求，經(jīng)濟(jì)上不劃算；
（4）在溫度相同、體積均為1L的三個密閉容器中，SO₃的物質(zhì)的量均為1mol．化學(xué)平衡狀態(tài)的達(dá)到與化學(xué)反應(yīng)途徑無關(guān)．在相同的條件下，可逆反應(yīng)，無論從正反應(yīng)開始還是從逆反應(yīng)開始，還是從既有反應(yīng)物又有生成物開始，達(dá)到的化學(xué)平衡狀態(tài)是相同的，平衡混合物中各組成物質(zhì)的百分含量保持不變，就是等效平衡．三個密閉容器，保持恒溫、恒容，最終c（SO₃）=1.4 mol?L^-1．三個容器中的反應(yīng)為等效平衡．體積均為1L，最終n（SO₃）=1.4 mol．
甲                  2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）；△H=-98.3kJ?mol^-1．
起始量（mol）      2              1                         0
變化量 （mol）    1.4           0.7                     1.4-98.3kJ×=68.81KJ     
平衡量 （mol）    0.6           0.3                     
故a=68.81，α₁==0.7，
乙容器保持恒溫、恒容，和甲容器中反應(yīng)為等效平衡．故b=98.3kJ×（2-1.4）/2=29.49kJ．該反應(yīng)從三氧化硫開始，α₂==0.3，α₁+α₂=0.7+0.3=1．
丙                2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）；△H=-98.3kJ?mol^-1．吸收ckJ說明反應(yīng)從逆反應(yīng)方向開始．
起始量（mol）      m          n             p
變化量 （mol）    0.2         0.1       1.4÷（1-12.5%）-1.4          
平衡量 （mol）   m+0.2     n+0.1               1.4       
P=1.4÷（1-12.5%）=1.6，c=98.3kJ×（1.6-1.4）/2=9.83
b+c=29.49+9.83=39.32kJ，
故答案為：1；1.6；39.32．
點評：本題考查了硫酸的工業(yè)制取的生產(chǎn)原理應(yīng)用．解題時需注意利用信息進(jìn)行判斷和書寫化學(xué)方程式．該題還需掌握化學(xué)平衡的計算的基本方法．