Question

接觸法制硫酸工藝中，其主反應在450℃并有催化劑存在下進行：
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H＜0
（1）該反應450℃時的平衡常數(shù)______500℃時的平衡常數(shù)（填“大于”、“小于”或“等于”）．
（2）該化學達到平衡的標志是______．
a．v（O₂）_正=2v（ SO₃）_逆                b．容器中氣體的平均分子量不隨時間而變化
c．容器中氣體的密度不隨時間而變化   d．容器中氣體的分子總數(shù)不隨時間而變化
（3）恒溫、密閉容器體系中充入一定量SO₂、O₂，反應達平衡時，某物理量隨體系總壓強（p）的關系如圖所示所示．該物理量可能是______．
a．平衡體系中SO₂的體積分數(shù)
b．氣體的平均相對分子質量
c．混合氣體的密度
d．平衡體系中SO₂的轉化率
（4）在一個固定容積為5L的密閉容器中充入0.20mol SO₂和0.10mol O₂，半分鐘后達到平衡，測得容器中含SO₃0.18mol，則v（O₂）=______ mol?L^-1?min^-1：若繼續(xù)通入0.20mol SO₂和0.10mol O₂，則平衡______移動（填“向正反應方向”、“向逆反應方向”或“不”），再次達到平衡后，______ mol＜n（SO₃）＜______mol．
（5）壓強及溫度對SO₂轉化率的影響如表（原料氣各成分的體積分數(shù)為：SO₂7%；O₂1l%；N₂ 82%）；

壓強轉化率溫度	0.1MPa	0.5MPa	1MPa	10MPa
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%

利用表中數(shù)據分析．在實際生產中選擇的適宜生產條件是：溫度______℃，壓強______MPa．

Answer 1

【答案】分析：（1）根據平衡常數(shù)大只與溫度有關，對于吸熱反應，升高溫度，平衡正向移動，平衡常數(shù)增大，而對于放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，平衡常數(shù)減�。�
（2）根據化學平衡狀態(tài)的特征分析，當反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質的濃度、質量、體積分數(shù)以及百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，做題時要注意方程式前后氣體的化學計量數(shù)的關系；
（3）根據壓強增大，平衡向氣體體積減小的方向移動，即正向移動，然后逐項分析；
（4）根據化學方程式求出反應的O₂的物質的量，利用V==求出氧氣的速率；根據影響化學平衡的因素來判斷平衡移動方向；利用極限法求出再次達平衡后n（SO₃）的范圍；
（5）根據題目提供的數(shù)據分析二氧化硫催化氧化的適宜條件和原因．從催化劑的催化活性去確定溫度的選擇，從反應進行程度的大小、設備的耐壓性、控制成本等角度考慮；
解答：解：（1）2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H＜0，反應放熱，升高溫度，平衡逆向移動，平衡常數(shù)減小，所以反應450℃時的平衡常數(shù)大于500℃時的平衡常數(shù)，故答案為：大于；
（2）a、因化學方程式的系數(shù)之比等于化學反應中各物質的反應速率之比，v（O₂）_正=v（ SO₃）_正，又因v（O₂）_正=2v（ SO₃）_逆，所以v（ SO₃）_正和v（ SO₃）_逆不相等，不是否達到平衡，故a錯誤；
b、氣體的平均分子量等于，根據質量守恒定律，反應過程中氣體的總質量不變，該反應為氣體的分子總數(shù)減少的反應，若混合氣體的平均分子量不變，說明平衡混合物中各組成成分含量不變，反應達到平衡狀態(tài)，故b正確；
c、氣體的密度ρ=，根據質量守恒定律，反應過程中氣體的總質量不變，容器體積不變，氣體的密度不會發(fā)生變化，故容器中氣體的密度不隨時間而變化，不能判斷反應是否達到平衡，故c錯誤；
d、該反應為氣體的分子總數(shù)減少的反應，當容器中氣體的分子總數(shù)不隨時間而變化時，平衡混合物中各組成成分含量不變，反應達到平衡狀態(tài)，故d正確；
故選：b d．
（3）壓強增大，平衡向氣體體積減小的方向移動，即正向移動，
a．平衡體系中SO₂的體積減少，體積分數(shù)減少，故a錯誤；
b．氣體的平均分子量等于，根據質量守恒定律，反應過程中氣體的總質量不變，混合氣體的總物質的量減少，混合氣體的平均分子量增大，故b正確；
c．氣體的密度ρ=，根據質量守恒定律，反應過程中氣體的總質量不變，容器體積不變，氣體的密度不會發(fā)生變化，故c錯誤；
d．平衡體系中SO₂的物質的量減少，即參加反應的SO₂的物質的量增大，平衡體系中SO₂的轉化率增大，故d正確；
故選：b、d；
（4）當生成0.18molSO₃時，參加反應的氧氣的物質的量為x，
      2SO₂ +O₂ ?2SO₃
            1    2
            x    0.18mol
        解得x=0.09mol
所以氧氣的速率V====0.036mol?L^-1?min^-1；
繼續(xù)通入0.30molSO₂和0.15molO₂，容器內壓強增大，平衡向氣體體積減小的方向移動，即向正反應方向移動；
用極限法求出n（SO₃）的范圍，假設平衡不移動，此時n（SO₃）=0.18×2=0.36mol，假設0.40molSO₂完全生成SO₃，根據化學方程式2SO₂+O₂?2SO₃可知n（SO₃）=0.4mol，所以再次達到平衡時，0.36mol＜n（SO₃）＜0.40mol，
故答案為：0.036；向正反應方向；0.36、0.40；
（6）2SO₂（g）+O₂（g）2SO₃（g））△H=-98.3kJ?mol^-1，正方向為放熱反應，從化學平衡移動條件分析應該采用低溫高壓．而根據表格中提供的數(shù)據發(fā)現(xiàn)，壓強的增加引起SO₂轉化率的變化并不明顯，所以工業(yè)上直接采用常壓；同時反應中使用催化劑，為了使催化劑的催化活性最強，根據表格中提供的數(shù)據應該采用400℃～500℃，故答案為：
400℃～500℃；0.1；
點評：本題是一道綜合題，有一定的難度，考查的知識點較多，知識面廣，應加強平時知識的積累．