Question

【題目】在一定的溫度、壓強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在對反應I的催化循環過程中，經歷了Ⅱ、Ⅲ兩個反應階段，圖示如圖1：

圖1

（1）①已知有關氣體分子中1mol化學鍵斷裂時需要吸收的能量數據如下：

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

由此計算反應Ⅰ的△H=_________kJ·mol-1。

②寫出反應Ⅱ的化學方程式_________。

（2）不能說明反應Ⅰ達到平衡狀態的是_________。

A．恒容密閉容器中混合氣體的壓強不再變化

B．恒容密團容器中混合氣體的密度不再變化

C．混合氣體的總物質的量不再變化

D．混合氣體的平均相對分子質量不再變化

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的條件下進行反應SO2+1/2O2SO3，原料氣中SO2和O2的物質的量之比m(m=)不同時，SO2的平衡轉化率與溫度(t)的關系如下圖所示：

①圖中m1、m2、m3的大小順序為_________，理由是_________。

②反應I的化學平衡常數Kp表達式為_________(用平衡分壓代替平衡濃度表示)。圖中A點原料氣的成分是：n(SO2)=10mol,n(O2)=24.4mol,n(N2)=70mol,達平衡時SO2的分壓p(SO2)為_________Pa。(分壓=總壓×物質的量分數)。

③近年，有人研發出用氧氣代替空氣的新工藝，使SO2趨于全部轉化。此工藝的優點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 相同溫度和壓強下，若SO2濃度不變，O2濃度增大，轉化率提高，m值減小。 Kp= =1200Pa（ 無尾氣排放，不污染環境

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

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

（2）該反應為反應前后氣體的總量不為0的反應，恒容密閉容器中混合氣體的壓強不再變化，反應達平衡狀態；A正確；反應前后氣體的總質量不變，恒容密團容器中混合氣體的密度恒為常數，無法判斷反應是否達到平衡狀態；B錯誤；該反應為反應前后氣體的總量不為0的反應，合氣體的總物質的量不再變化，反應達平衡狀態；C正確；反應前后氣體的總質量不變，混合氣體的總量在變化，當混合氣體的平均相對分子質量不再變化，反應達平衡狀態；D正確；n(SO2)∶n(O2)∶n(SO3)=2∶1∶2，無法判定反應達平衡狀態，E錯誤；反應達平衡狀態，各組分的濃度保持不變；SO2氣體的百分含量不再變化，可以判定反應達平衡狀態；F正確；正確選項：B E ；

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

m1>m2>m3 ；相同溫度和壓強下，若SO2濃度不變，O2濃度增大，轉化率提高，m值減小；

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

根據題給信息，壓強為Pa，二氧化硫的轉化率為88%；n(SO2)=10mol,n(O2)=24.4mol, n(N2)=70mol,進行如下計算：

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

達平衡時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化為三氧化硫，這樣就沒有二氧化硫氣體的剩余，減少了對環境的污染；正確答案：無尾氣排放，不污染環境；