Question

（14分）（1）二氧化硫的催化氧化的過程如圖所示，

其中a、c二步的化學方程式可表示為：

SO₂+V₂O₅SO₃+ V₂O₄    

4VOSO₄+O₂2V₂O₅+4SO₃。

該反應的催化劑是                 （寫化學式）

（2）壓強及溫度對SO₂轉化率的影響如下表(原料氣各成分的體積分數為：SO₂ 7％，O₂ 11％，N₂ 82％)：

壓強/MPa 溫度/℃	0.1[	0.5	1	10
400	99.2%	99.6%	99.7%	99.9%
500	93.5%	96.9%	97.8%	99.3%
600	73.7%	85.8%	89.5%	96.4%

當合成SO₃的反應達到平衡后，改變某一外界條件（不改變SO₂、O₂和SO₃的量），反應速率與時間的關系如圖所示。圖中t₁ 時引起平衡移動的條件可能是             其中表示平衡混合物中SO₃的含量最高的一段時間是            。

（3）550 ℃時，SO₂轉化為SO₃的平衡轉化率（α）與體系總壓強（p）的關系如右圖所示。將2.0 mol SO₂和1.0 mol O₂置于5 Ｌ密閉容器中，反應達平衡后，體系總壓強為0.10 M Pa。試計算反應2SO₃2SO₂+O₂ 在550 ℃時的平衡常數K=                     。

反應達平衡后，下列措施中能使n(SO₃)/n(SO₂)增大的是                    

A．升高溫度                               B．充入He(g)，使體系總壓強增大

C．再充入2 mol SO₂和1 mol O₂       D．再充入1 mol SO₂和1 mol O₂

（4）SO₃溶于水得到硫酸。在25°C下，將x mol·L^-1的氨水與y mol·L^-1的硫酸等體積混合，反應后溶液中顯中性，則c（NH₄⁺）         2 c（SO₄^2-）（填“>”、“<”或“=”）；用含x和y的代數式表示出氨水的電離平衡常數                           。

 

Answer 1

【答案】

（1）V₂O₅   （2）增大壓強、t₂—t₃  （3）0.0025  C D  （4）＝   K=2×10^-7y /(x-2y)

【解析】（1）將abc三個反應相疊加，即得到2SO₂+O₂ 2SO₃，因此V₂O₅其催化劑作用。

（2）t₁ 時正逆反應速率都增大，但正反應速率大于逆反應速率，說明平衡向正反應方向移動，所以改變的條件是增大壓強。由于t3時逆反應速率大于正反應速率，平衡向逆反應方向移動，所以平衡混合物中SO₃的含量最高的一段時間是t₂—t₃。

（3）反應達平衡后，體系總壓強為0.10 M Pa，此時轉化率是0.80，所以生成三氧化硫是1.6mol，則平衡時二氧化硫和氧氣分別是0.4mol、0.2mol，所以平衡常數K＝，則反應2SO₃2SO₂+O₂ 在550 ℃時的平衡常數K＝1/400＝0.0025。反應是放熱反應，所以升高溫度平衡向逆反應方向移動，n(SO₃)/n(SO₂)減小。充入He(g)，使體系總壓強增大，但物質的濃度不變，所以平衡不移動。C、D都相當于增大壓強，平衡向正反應方向移動，所以n(SO₃)/n(SO₂)增大，答案選CD。

（4）根據電荷守恒c（NH₄⁺）＋c（H⁺）＝ 2c（SO₄^2-）＋c（OH^-）可知，當溶液顯中性時c（NH₄⁺）＝ 2c（SO₄^2-）＝ymol/L。根據氮原子守恒可知，溶液中c(NH₃·H₂O)＝（x/2－y）mol，所以平衡常數＝＝2×10^-7y /(x-2y)。