Question

【題目】硫酸是基礎(chǔ)化工的重要產(chǎn)品，硫酸的消費(fèi)量可作為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志。生產(chǎn)硫酸的主要反應(yīng)為：SO2(g)+ 1/2O2(g) SO3(g)。

（1）恒溫恒壓下，平衡體系中SO3的體積分?jǐn)?shù)和y與SO2、O2的物質(zhì)的量之比的關(guān)系如圖1：則b點(diǎn)n(SO2)/n(O2)=________________；y為_____________(填編號(hào))。

A．平衡常數(shù)

B．SO3的平衡產(chǎn)率

C．O2的平衡轉(zhuǎn)化率

D．SO2的平衡轉(zhuǎn)化率

（2）Kp是以各氣體平衡分壓代替濃度平衡常數(shù)Kc中各氣體的濃度的平衡常數(shù)。在400~650℃時(shí)，Kp與溫度(T /K)的關(guān)系為lgKp= - 4.6455，則在此條件下SO2轉(zhuǎn)化為SO3反應(yīng)的ΔH_______(填“>0”或“<0”)。

（3）①該反應(yīng)的催化劑為V2O5，其催化反應(yīng)過(guò)程為：

SO2+V2O5SO3+V2O4 K1 1/2O2+V2O4V2O5 K2

則在相同溫度下2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)的平衡常數(shù)K=____________(以含K1、K2的代數(shù)式表示)。

②V2O5加快反應(yīng)速率的原因是_____________________________。

（4）在7.0% SO2、11% O2、82% N2(數(shù)值均為氣體體積分?jǐn)?shù))時(shí)，SO2平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖2，則列式計(jì)算460℃、1.0 atm下，SO2(g)+1/2 O2(g) SO3(g)的Kp=_______(已知：各氣體的分壓=總壓×各氣體的體積分?jǐn)?shù))。

（5）綜合第（4）題圖給信息，工業(yè)生產(chǎn)壓強(qiáng)通常采用常壓的原因是__________________________。

Answer 1

【答案】 2 D <0 (K1×K2)2 降低反應(yīng)的活化能，活化分子百分?jǐn)?shù)增大，有效碰撞幾率提高 Kp=113/atm1/2 常壓下SO2的平衡轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很大,再增大壓強(qiáng)，對(duì)設(shè)備要求較高

【解析】(1)當(dāng)二氧化硫的量與氧氣的物質(zhì)的量之比等于系數(shù)之比時(shí)三氧化硫的體積分?jǐn)?shù)最大，b點(diǎn)三氧化硫體積分?jǐn)?shù)最大，此點(diǎn)處n(SO2)/n(O2)=2：1；由圖象可知，n(SO2)/n(O2)越大，y值越小，A．平衡常數(shù)僅與溫度有關(guān)，所以n(SO2)/n(O2)變化，平衡常數(shù)不變，不符合圖像，故錯(cuò)誤；B．n(SO2)/n(O2)越大，二氧化硫物質(zhì)的量越大，則SO3的平衡產(chǎn)率越大，不符合圖像，故錯(cuò)誤；C．n(SO2)/n(O2)越大，二氧化硫物質(zhì)的量越大，則O2的轉(zhuǎn)化率越大，不符合圖像，故錯(cuò)誤；D．n(SO2)/n(O2)越大，二氧化硫物質(zhì)的量越大，則SO2的平衡轉(zhuǎn)化率越小，符合圖像，故正確；故選D；故答案為：2；D；

(2)根據(jù)圖知，升高溫度平衡常數(shù)減小，說(shuō)明平衡逆向移動(dòng)，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，焓變小于0，故答案為：＜0；

(3)將方程式2(①+②)得2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)，方程式相加平衡常數(shù)相乘，方程式擴(kuò)大2倍，平衡常數(shù)變?yōu)樵瓉?lái)的平方，所以該反應(yīng)化學(xué)平衡常數(shù)K等于(K1×K2)2，故答案為：(K1×K2)2；

(4)混合氣體中7.0%SO2、11%O2、82%N2，假設(shè)有混合氣體100mol，則二氧化硫?yàn)?/span>7mol、氧氣11mol、氮?dú)?/span>82mol，460℃、1.0atm下二氧化硫轉(zhuǎn)化率為97%，則參加反應(yīng)的n(SO2)=7mol×97%=6.79mol，剩余的n(SO2)=7mol×3%=0.21mol，剩余的n(O2)=11mol-×6.79mol=7.605mol，生成的三氧化硫物質(zhì)的量=6.79mol，反應(yīng)后混合氣體總物質(zhì)的量=0.21mol+7.605mol+6.79mol +82mol =96.605mol，反應(yīng)前后物質(zhì)的量之比等于其壓強(qiáng)之比，則反應(yīng)后壓強(qiáng)=×1atm=0.9579atm，二氧化硫的分壓=×0.9579atm，氧氣分壓=×0.9579atm，三氧化硫分壓=×0.9579atm，化學(xué)平衡常數(shù)Kp===113/atm1/2，故答案為：113/atm1/2；

(5)根據(jù)圖知，在400～500℃時(shí)二氧化硫轉(zhuǎn)化率較大，反應(yīng)速率快，此時(shí)催化劑的活性最高，所以工業(yè)生產(chǎn)最適宜的溫度范圍為400～500℃，又常壓下SO2的平衡轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很大，再增大壓強(qiáng)，對(duì)設(shè)備要求較高，故答案為：常壓下SO2的平衡轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很大，再增大壓強(qiáng)，對(duì)設(shè)備要求較高。