Question

【題目】工業(yè)上制備硫酸最重要的一步是SO2的氧化。反應(yīng)方程式如下： 2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) △H=-196kJ/mol

回答下列問(wèn)題：

（1）該反應(yīng)在________下能自發(fā)進(jìn)行（選填“較高溫度”“較低溫度”）。

（2）某課外興趣小組在實(shí)驗(yàn)室對(duì)該反應(yīng)進(jìn)行研究，部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表。

實(shí)驗(yàn)	反應(yīng)條件			起始物質(zhì)的量			平衡后性質(zhì)
	催化劑	溫度(K)	容積(L)	SO2	O2	SO3	SO2體積分?jǐn)?shù)	吸收或放出熱量（KJ）	SO2或SO3轉(zhuǎn)化率
①	V2O5	770	10	0.2	0.1	0	a1	Q1	α1
②	V2O5	770	10	0	0	0.2	a2	Q2	α2
③	V2O5	絕熱	10	0	0	0.2	a3	Q3	α3

比較下列數(shù)值大小（選填“＞”“＝”“＜”“無(wú)法確定”）。

①a1________a2

②Q1+Q2________19.6

③α1+α3 ______ 1

（3） 某同學(xué)通過(guò)實(shí)驗(yàn)繪出如下圖像。

t1、t2、t3達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是____________

（4）若α1=0.9，計(jì)算770K時(shí)，正反應(yīng)的平衡常數(shù)為___________。

（5）工業(yè)上將SO2轉(zhuǎn)化為SO3時(shí)。為了提高反應(yīng)速率，并有利于SO3的吸收，需要對(duì)原料混合氣體預(yù)熱，同時(shí)對(duì)SO3氣體降溫。通常采用如圖所示的熱交換器（中間為空心管道）。下列說(shuō)法正確的是____________

a．使用熱交換器可以充分利用能源

b．A、B、C三處氣體的組成相同

c．A、B、C、D四處的氣體中均含有SO2

d．預(yù)熱原料混合氣主要是為了提高SO2的平衡轉(zhuǎn)化率

Answer 1

【答案】較低溫度 = = < t2 8.1×104 abc

【解析】

（1）根據(jù)△H<0，△S<0，△G=△H-T△S來(lái)分析。

（2）①0.2molSO2和0.1molO2，從正方向開始反應(yīng)建立的平衡與0.2molSO3從逆方向開始反應(yīng)建立的平衡為等效平衡。

②結(jié)合①中的分析可知實(shí)驗(yàn)①和實(shí)驗(yàn)②為等效平衡，可推知a1+ a2=1。

③在絕熱的實(shí)驗(yàn)條件下，由于該反應(yīng)逆方向?yàn)槲鼰岱磻?yīng)，溫度較低，平衡正向移動(dòng)。

（3）SO2和O2的化學(xué)計(jì)量比為2:1，當(dāng)SO2的消耗速率是O2的生成速率的2倍時(shí)表示該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡。

（4）根據(jù)三段式解答。

（5）a. 使用熱交換器可以使反應(yīng)充分進(jìn)行，提高原料的利用率。

b.原料SO2、O2從裝置左側(cè)A處進(jìn)入熱交換器，吸收熱量后由B處流出再?gòu)腃口進(jìn)入催化反應(yīng)室發(fā)生反應(yīng)，并放出大量的熱,，最終反應(yīng)的氣體從D口排出，故A、B、C三處的氣體組成為SO2、O2。

c.結(jié)合b項(xiàng)分析知A、B、C三處氣體中含有SO2，由于該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，可推知D處氣體中也含有SO2。

d.正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，SO2的平衡轉(zhuǎn)化率降低。

（1）△H<0，△S<0，△G=△H-T△S，在較低溫度下△G小于零，說(shuō)明該反應(yīng)在較低溫度下能自發(fā)進(jìn)行，故答案為：較低溫度。

（2）①0.2molSO2和0.1molO2，從正方向開始反應(yīng)建立的平衡與0.2molSO3從逆方向開始反應(yīng)建立的平衡為等效平衡，所以達(dá)到平衡后各物質(zhì)的物質(zhì)的量均相同，即達(dá)到平衡后兩組實(shí)驗(yàn)中的SO2的體積分?jǐn)?shù)相同，故a1=a2，故答案為：=。

②結(jié)合①中的分析可知實(shí)驗(yàn)①和實(shí)驗(yàn)②為等效平衡，可推知a1+ a2=1，實(shí)驗(yàn)①中可計(jì)算出Q1=(0.2mol×196 kJ/mol×a1)/2=19.6 a1 KJ，實(shí)驗(yàn)②中可計(jì)算出Q2=(0.2mol×196 kJ/mol×a2)/2=19.6 a2 KJ，則Q1+ Q2=19.6 a1+19.6 a2=19.6（a1+ a2）=19.6，故答案為：＝。

③在絕熱的實(shí)驗(yàn)條件下，由于該反應(yīng)逆方向?yàn)槲鼰岱磻?yīng)，溫度較低，平衡正向移動(dòng)，SO3的物質(zhì)的量增加，則SO3的轉(zhuǎn)化率降低，可推知α3< a2，結(jié)合②中的分析知α1+α3 <1，故答案為：<。

（3）SO2和O2的化學(xué)計(jì)量比為2:1，當(dāng)SO2的消耗速率是O2的生成速率的2倍時(shí)表示該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡，觀察圖像可知，t2時(shí)刻SO2的消耗速率是O2的生成速率的2倍，達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，故答案為：t2。

（4）由題可知轉(zhuǎn)化的SO2的物質(zhì)的量為：0.2mol×0.9=0.18mol，

2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)

起始濃度（mol/L） 0.2 0.1 0

轉(zhuǎn)化濃度（mol/L） 0.18 0.09 0.18

平衡濃度（mol/L） 0.02 0.01 0.18

平衡常數(shù)K=( 0.18 /10)2/ (0.02 /10)2×(0.01 /10)= 8.1×104 ，故答案為：8.1×104 。

（5）a. 使用熱交換器可以使反應(yīng)充分進(jìn)行，提高原料的利用率，故a正確；

b.原料SO2、O2從裝置左側(cè)A處進(jìn)入熱交換器，吸收熱量后由B處流出再?gòu)腃口進(jìn)入催化反應(yīng)室發(fā)生反應(yīng)，并放出大量的熱,，最終反應(yīng)的氣體從D口排出，故A、B、C三處的氣體組成為SO2、O2，故b正確；

c.結(jié)合b項(xiàng)分析知A、B、C三處氣體中含有SO2，由于該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，可推知D處氣體中也含有SO2，故c正確；

d.正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，SO2的平衡轉(zhuǎn)化率降低，故d錯(cuò)誤。

故答案為：abc。