Question

工業制硫酸時，利用催化氧化反應將SO₂轉化為SO₃是一個關鍵的步驟．
（1）某溫度下，SO₂（g）+O₂（g）?SO₃（g）；△H=-98kJ?mol^-1．開始時在100L的密閉容器中加入4.0mol SO₂（g）和10.0molO₂（g），當反應達到平衡時共放出熱量196kJ，該溫度下平衡常數K=______．
（2）一定條件下，向一帶活塞的密閉容器中充入2mol SO₂和1mol O₂，發生反應：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），達平衡后改變下述條件，SO₂、O₂、SO₃氣體平衡濃度都比原來增大的是______（填字母）．
A．保持溫度和容器不變，充入2molSO₃
B．保持溫度和容器體積不變，充入2molN₂
C．保持溫度和容器內壓強不變，充入1molSO₃
D．移動活塞壓縮氣體
E．升高溫度
（3）下列關于2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）反應的圖象中，不正確的是______．

（4）同學們學習了電化學知識后大家提出，可以用電解的方法來生產硫酸，可避免產生酸雨，污染環境．于是大家設計了一個以鉑為電極，兩極分別通入SO₂和空氣，酸性電解液來實現電解生產硫酸．
①陽極的電極反應為______．
②若電解液為2L 0.025mol?L^-1的硫酸溶液，當電解過程共轉移了0.1mol電子時，理論上消耗SO₂的體積為（標準狀況）為______，此溶液的pH=______ （忽略溶液體積變化）．
③設計此實驗的想法得到了老師的充分肯定，但與工業上生產硫酸相比還是有很多不足，請對此實驗進行合理的評價______（寫出一點即可）．

Answer 1

【答案】分析：（1）根據反應熱計算參加反應的二氧化硫的物質的量，利用三段式法計算平衡濃度，根據平衡常數表達式計算；
（2）根據平衡移動的方向判斷；
（3）升高溫度，加快反應速率到達平均的時間縮短，逆反應速率增大更多，平衡向逆反應方向移動，三氧化硫的含量降低；增大壓強，加快反應速率到達平均的時間縮短，正反應速率增大更多，平衡向正反應方向移動，三氧化硫的含量增大，據此結合圖象判斷；
（4）①電解池陽極發生氧化反應，SO₂被氧化生成SO₄^2-；
②電池的總反應式為：2SO₂+2H₂O+O₂=2H₂SO₄，根據電子轉移計算二氧化硫的物質的量，再根據V=nVm計算其體積；計算生成的硫酸物質的量，繼而計算溶液中氫離子濃度，再根據pH=-lgc（H⁺）計算；
③耗費電離的電能，產率低，不能大規模生成．
解答：解：（1）在100L的密閉容器中加入4.0mol SO₂（g）和10.0molO₂（g），當反應達到平衡時共放出熱量196kJ，則消耗SO₂為2mol，
       SO₂（g）+O₂（g）?SO₃（g）；
起始：4mol     10mol      0
轉化：2mol     1mol       2mol           
平衡：2mol     9mol       2mol           
則平衡時：c（SO₂）=0.02mol/L，c（O₂）=0.09mol/L，c（SO₃）=0.02mol/L，
所以k==3.33，
故答案為：3.33；
（2）A．保持溫度和容器體積不變，充入2mol SO₃，平衡向逆反應分析移動，則SO₂、O₂、SO₃氣體平衡濃度都比原來增大，故A正確；
B．保持溫度和容器體積不變，充入2mol N₂，對平衡移動沒有影響，各物質的濃度不變，故B錯誤；
C．保持溫度和容器內壓強不變，充入1mol SO₃，處于等效平衡狀態，濃度不變，故C錯誤；
D．移動活塞壓縮氣體，體積減小，各物質的濃度都增大，故D正確；
E．升高溫度，平衡向逆反應分析移動，SO₃的濃度減小，故E錯誤．
故答案為：AD；
（3）A．升高溫度，逆反應速率增大更多，平衡向逆反應方向移動，圖象與實際符合，故A正確；
B．升高溫度，平衡向逆反應方向移動，三氧化硫的含量降低，圖象與實際符合，故B正確；
C．升高溫度，加快反應速率到達平均的時間縮短，逆反應速率增大更多，平衡向逆反應方向移動，三氧化硫的含量降低，圖象與實際不符，故C錯誤；
D．增大壓強，加快反應速率到達平均的時間縮短，正反應速率增大更多，平衡向正反應方向移動，三氧化硫的含量增大，圖象與實際符合，故D正確；
故答案為：C；
（4）①電解池陽極發生氧化反應，SO₂被氧化生成SO₄^2-，陽極電極反應式為SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；    
②電池的總反應式為：2SO₂+2H₂O+O₂=2H₂SO₄，0.1mol電子消耗SO₂的物質的量==0.05mol，消耗SO₂的體積為0.05mol×22.4L/mol=1.12L；
生成硫酸物質的量為0.05mol，故溶液c（H⁺）=0.025mol/L×2+=0.1mol/L，故pH=-lgc（H⁺）=1，
故答案為：1.12L；1；
③耗費大量的電能，不經濟，產率低，不能大規模生成，故答案為：耗費大量的電能，不經濟，產率低，不能大規模生成．
點評：本題考查化學平衡常數的有關計算、影響化學平衡的因素、平衡圖象、電解原理與計算等，難度中等，是對學生綜合能力的考查，注意基礎知識的理解掌握．