Question

工業上生產硫酸時，利用催化氧化反應將SO₂轉化為SO₃是一個關鍵步驟．
（1）某溫度下，SO₂（g）+

1

2

O₂（g）?SO₃（g）△H=-98kJ/mol．開始時向100L的密閉容器中加入4.0molSO₂（g）和10.0molO₂（g），當反應達到平衡狀態時共放出熱量196kJ，則該溫度下的平衡常數K=

10

3

．若反應溫度保持不變時，選擇合適的催化劑，是否可以提高SO₂的轉化率？

否

（填“是”或“否”，下同）；是否可以增大該反應所放出的熱量？

否

．
（2）在一定條件下，向一帶有活塞的密閉容器中充入2molSO₂（g）和1molO₂（g），發生反應：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），達到平衡后改變下列條件，SO₂、O₂、SO₃的平衡濃度都增大的是

A

（填序號）．
A．保持溫度和容器體積不變，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0.5molSO₂和0.25molO₂
D．保持溫度和容器內壓強不變，充入1molSO₃
E．保持溫度和容器內壓強不變，充入2molN₂
F．升高溫度
（3）壓強、溫度對SO₂轉化率的影響如表中所示：

	0.1	0.5	1.0	10
400	99.2%	99.6%	99.7%	99.9%
500	93.5%	96.9%	97.8%	99.3%
600	73.7%	85.8%	89.5%	96.4%

已知400℃、0.1MPa條件下達到平衡時的平衡常數為K₁，400℃、10MPa條件下達到平衡時的平衡常數為K₂，500℃、1.0MPa條件下達到平衡時的平衡常數為K₃，600℃、0.5MPa條件下達到平衡時的平衡常數為K₄，則K₁、K₂、K₃、K₄的大小順序為

K₁=K₂＞K₃＞K₄

．
由上表數據可知，硫酸工業中SO₂催化氧化反應的合適溫度和壓強是

1.0MPa，400℃～500℃

．

Answer 1

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，催化劑改變反應速率，不能改變化學平衡，反應物的轉化率不變，反應的熱量變化不變；
（2）根據平衡移動的方向判斷；
（3）平衡常數隨溫度變化，溫度不變，平衡常數不變，數據分析判斷二氧化硫的轉化率和反應進行的條件選擇方法和經濟效益分析判斷．

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）+

1

2

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=

0.02mol/L

0.02mol/L× 0.09mol/L

=3.33，
催化劑只改變反應速率，不改變化學平衡，平衡不動，反應物的轉化率不變，反應的焓變也不變；
故答案為：3.33；否；否；
（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0.5molSO₂和0.25molO₂，相當于增大壓強，化合物恒壓容器中平衡不動，濃度不變，故C錯誤；
D．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D錯誤；
E．保持溫度和容器內壓強不變，充入2molN₂，體積增大，壓強減小，平衡逆向進行，二氧化硫、氧氣、三氧化硫濃度減小，故E錯誤；
F．升高溫度，平衡向逆反應分析移動，SO₃的濃度減小，故F錯誤．
故答案為：A；
（3）因為平衡常數K制隨溫度的變化，對于放熱反應，升溫，K減小，所以K₁=K₂＞K₃＞K₄，從表中可以看出，壓強對二氧化硫的轉化率的影響不大，在1.0MPa溫度為400℃～500℃，有一定的反應速率，二氧化硫轉化率較大，催化劑活性最大，
故答案為：K₁=K₂＞K₃＞K₄；1.0MPa，400℃～500℃．

點評：本題考查了化學平衡的分析判斷，平衡常數計算應用，平衡影響因素的分析判斷，掌握數據的分析方法和反應條件選擇是解題關鍵，題目難度中等．