Question

工業上以黃鐵礦為原料生產硫酸，其中重要的一步是催化氧化：
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），△H=-196.6kJ?mol^-1
（1）生產中為提高反應速率和SO₂的轉化率，下列措施可行的是

 

（填字母）．
A．向裝置中充入N₂             
B．向裝置中充入過量的O₂
C．使用更高效的催化劑
D．升高溫度
（2）在一密閉容器中充入4mol SO₂和一定量O₂，當放出353.6kJ熱量時，SO₂的轉化率最接近于

 

（填字母）．
A．40%         B．50%        C．80%          D．90%
（3）580℃時，在一密閉容器中充入一定量的SO₂和O₂，當反應達到平衡后測得SO₂、O₂和SO₃的濃度分別為6.0×10^-3mol?L^-1、8.0×10^-3mol?L^-1和4.4×10^-2mol?L^-1．該溫度下反應2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）的平衡常數K=

 

．
（4）硫酸工業尾氣中二氧化硫含量超過0.05%（體積分數）時需要加以處理后才能排放．現用右圖所示裝置測定尾氣中SO₂的含量，當通入尾氣11.2L（標準狀況下測定）時，碘水恰好褪色．通過計算說明，該尾氣能否直接排放（寫出計算過程）．

 

．

Answer 1

分析：（1）該反應是一個反應前后氣體體積減小的放熱反應，欲提高SO₂的轉化率，則改變條件使平衡向正反應方向移動；
（2）由2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），△H=-196.6kJ?mol^-1，則1mol SO₂完全反應，放出98.2kJ的熱量，利用物質的量與放出的熱量成正比計算反應的二氧化硫，以此計算SO₂的轉化率；
（3）根據化學平衡常數=

生成物平衡濃度系數次冪之積

反應物平衡濃度系數次冪之積

來計算化學平衡常數；
（4）計算二氧化硫的含量，根據硫酸工業尾氣中二氧化硫含量超過0.05%（體積分數）時不能任意排放來回答．

解答：解：（1）A．向裝置中充入N₂，化學平衡不會移動，不會提高二氧化硫轉化率，故A錯誤；       
B．向裝置中充入過量的O₂，化學平衡正向移動，會提高二氧化硫轉化率，故B正確；
C．使用更高效的催化劑，不會引起化學平衡的移動，不會提高二氧化硫轉化率，故C錯誤；
D．升高溫度，化學平衡逆向移動，二氧化硫的轉化率減小，故D錯誤．
故選：B．
（2）設反應的二氧化硫為x，則
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），△H=-196.6kJ?mol^-1
2mol                        196.6kJ
 x                          353.6kJ

2

x

=

196.6

353.6

，解得x=3.6mol，
所以SO₂的轉化率為

3.6

4

×100%=90%，
故選：D．
（3）反應達到平衡后測得SO₂、O₂和SO₃的濃度分別為6.0×10^-3mol?L^-1、8.0×10^-3mol?L^-1和4.4×10^-2mol?L^-1．該溫度下反應2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）的平衡常數K=

c2(SO3)

c2(SO2)?c(O2)

=

(4.4×10-2)2

(8.0×10-3)?(6.0×10-3)2

=6.72×10³，
故答案為：6.72×10³；
（4）根據反應SO₂+I₂+2H₂O═H₂SO₄+2HI，n（SO₂）=n（I₂）=20×10^-3 L×0.025 mol/L=0.0005 mol，V（SO₂）=0.0005 mol×22.4 L/mol=0.0112 L
V（SO₂）%=

0.0112L

11.2L

×100%=0.1%＞0.05%，故不能直接排放，
故答案為：反應中SO₂+I₂+2H₂O═H₂SO₄+2HI，n（SO₂）=n（I₂）=20×10^-3 L×0.025 mol/L=0.0005 mol，V（SO₂）=0.0005 mol×22.4 L/mol=0.0112 L，V（SO₂）%=

0.0112L

11.2L

×100%=0.1%＞0.05%，故不能直接排放．

點評：本題涉及化學平衡的影響因素以及平衡的計算等知識，主要知識的歸納和整理是解題的關鍵，難度不大．