Question

【題目】在一定的溫度、壓強(qiáng)和釩催化劑存在的條件下，SO2被空氣中的O2氧化為SO3。V2O5是釩催化劑的活性成分，郭汗賢等提出：V2O5在對(duì)反應(yīng)I的催化循環(huán)過(guò)程中，經(jīng)歷了Ⅱ、Ⅲ兩個(gè)反應(yīng)階段，圖示如圖1：

圖1

（1）①已知有關(guān)氣體分子中1mol化學(xué)鍵斷裂時(shí)需要吸收的能量數(shù)據(jù)如下：

化學(xué)鍵	S=O(SO2)	O=O(O2)	S=O(SO3)
能量/kJ	535	496	472

由此計(jì)算反應(yīng)Ⅰ的△H=_________kJ·mol-1。

②寫(xiě)出反應(yīng)Ⅱ的化學(xué)方程式_________。

（2）不能說(shuō)明反應(yīng)Ⅰ達(dá)到平衡狀態(tài)的是_________。

A．恒容密閉容器中混合氣體的壓強(qiáng)不再變化

B．恒容密團(tuán)容器中混合氣體的密度不再變化

C．混合氣體的總物質(zhì)的量不再變化

D．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再變化

E．n(SO2)∶n(O2)∶n(SO3)=2∶1∶2

F．SO2氣體的百分含量不再變化

（3）在保持體系總壓為105Pa的條件下進(jìn)行反應(yīng)SO2+1/2O2SO3，原料氣中SO2和O2的物質(zhì)的量之比m(m=)不同時(shí)，SO2的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度(t)的關(guān)系如下圖所示：

①圖中m1、m2、m3的大小順序?yàn)?/span>_________，理由是_________。

②反應(yīng)I的化學(xué)平衡常數(shù)Kp表達(dá)式為_________(用平衡分壓代替平衡濃度表示)。圖中A點(diǎn)原料氣的成分是：n(SO2)=10mol,n(O2)=24.4mol,n(N2)=70mol,達(dá)平衡時(shí)SO2的分壓p(SO2)為_________Pa。(分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

③近年，有人研發(fā)出用氧氣代替空氣的新工藝，使SO2趨于全部轉(zhuǎn)化。此工藝的優(yōu)點(diǎn)除了能充分利用含硫的原料外，主要還有_________。

Answer 1

【答案】 -98 SO2 + V2O5V2O4·SO3 B E m1>m2>m3 相同溫度和壓強(qiáng)下，若SO2濃度不變，O2濃度增大，轉(zhuǎn)化率提高，m值減小。 Kp= =1200Pa（ 無(wú)尾氣排放，不污染環(huán)境

【解析】（1）①反應(yīng)熱等于反應(yīng)物的總鍵能減生成物的總鍵能；則反應(yīng)I的△H=（2×535）+0.5×496-3×472=-98kJ/mol；正確答案：-98；

②反應(yīng)Ⅱ生成V204S03，方程式為S02+V205V204S03，反應(yīng)ⅢV204S03與氧氣反應(yīng)生成V205和S03，方程式為2V204S03+022V205+S03，故答案為：S02+V205V204S03；

（2）該反應(yīng)為反應(yīng)前后氣體的總量不為0的反應(yīng)，恒容密閉容器中混合氣體的壓強(qiáng)不再變化，反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)；A正確；反應(yīng)前后氣體的總質(zhì)量不變，恒容密團(tuán)容器中混合氣體的密度恒為常數(shù)，無(wú)法判斷反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)；B錯(cuò)誤；該反應(yīng)為反應(yīng)前后氣體的總量不為0的反應(yīng)，合氣體的總物質(zhì)的量不再變化，反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)；C正確；反應(yīng)前后氣體的總質(zhì)量不變，混合氣體的總量在變化，當(dāng)混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再變化，反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)；D正確；n(SO2)∶n(O2)∶n(SO3)=2∶1∶2，無(wú)法判定反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)，E錯(cuò)誤；反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)，各組分的濃度保持不變；SO2氣體的百分含量不再變化，可以判定反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)；F正確；正確選項(xiàng)：B E ；

（3）根據(jù)圖像可知：m=，m越大，二氧化硫轉(zhuǎn)化率越��；原因相同溫度和壓強(qiáng)下，若SO2濃度不變，增大氧氣的濃度，氧氣的轉(zhuǎn)化率減少，SO2的轉(zhuǎn)化率增大；正確答案：

m1>m2>m3 ；相同溫度和壓強(qiáng)下，若SO2濃度不變，O2濃度增大，轉(zhuǎn)化率提高，m值減小；

②根據(jù)反應(yīng)：SO2(g)+1/2O2(g) SO3(g)，其他條件不變時(shí)，化學(xué)平衡常數(shù)Kp為生成物的平衡分壓與反應(yīng)物的平衡分壓的分壓冪之比；平衡常數(shù)可以用壓強(qiáng)表示為：Kp=；

根據(jù)題給信息，壓強(qiáng)為Pa，二氧化硫的轉(zhuǎn)化率為88%；n(SO2)=10mol,n(O2)=24.4mol, n(N2)=70mol,進(jìn)行如下計(jì)算：

SO2(g) + 1/2O2(g) SO3(g)，

起始量： 10 24.4 0

變化量： 10×88% 0.5×10×88% 10×88%

平衡量：10×12% 24.4-5×88% 10×88%

平衡時(shí)，混合氣體總量為10×12%+24.4-5×88%+10×88%+70=104.4-5×88%=100mol

達(dá)平衡時(shí)SO2的分壓p(SO2)為10×12%×105 ÷100×100%=1200 Pa；正確答案：1200 Pa；

③使二氧化硫氣體趨于全部轉(zhuǎn)化為三氧化硫，這樣就沒(méi)有二氧化硫氣體的剩余，減少了對(duì)環(huán)境的污染；正確答案：無(wú)尾氣排放，不污染環(huán)境；