Question

工業制硫酸時，利用催化氧化反應將SO₂轉化為SO₃是一個的關鍵步驟．
（1）在標準狀況下，將a升由SO₂和Cl₂組成的混合氣體通入200mL0.1mol/L的Fe₂（SO₄）₃溶液中，充分反應后，溶液的棕黃色變淺．向反應后的溶液中加入足量的BaCl₂溶液，將所得沉淀過濾、洗滌、干燥后稱重，其質量為23.3g．則混合氣體中SO₂的體積為

 

升，a的取值范圍為

 

（2）某溫度下，SO₂（g）+

1

2

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10.0mol O₂（g），當反應達到平衡時共放出熱量196kJ，該溫度下平衡常數K=

 

．
（3）一定條件下，向一帶活塞的密閉容器中充入2molSO₂和1molO₂，發生下列反應：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），達到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．保持溫度和容器體積不變，充入2mol SO₃     
B．保持溫度和容器體積不變，充入2mol N₂
C．保持溫度和容器體積不變，充入0.5mol SO₂和0.25mol O₂
D．保持溫度和容器內壓強不變，充入1mol SO₃
E．升高溫度        
F．移動活塞壓縮氣體
（4）常溫時，BaSO₄的Ksp═1.08x10^-10．現將等體積的BaCl₂溶液與2.0x10^-3mol/l的Na₂SO₄溶液混合．若要生成BaSO₄沉淀，BaCl₂溶液的最小濃度為

 

．
（5）SO₂有氧化性又有還原性，還有漂白性．將SO₂氣體通入酸性KMnO₄中，酸性KMnO₄褪色，SO₂表現

 

性，其中氧化劑和還原劑物質的量之比為

 

（已知KMnO₄酸性條件下的還原產物為Mn²⁺）．

Answer 1

考點：化學方程式的有關計算,化學平衡的影響因素,等效平衡,化學平衡的計算,難溶電解質的溶解平衡及沉淀轉化的本質,二氧化硫的化學性質

專題：計算題,化學平衡專題

分析：（1）SO₂和Cl₂組成的混合氣體通入Fe₂（SO₄）₃溶液中，由于氯氣的氧化性強于鐵離子，故氯氣先與二氧化硫反應：SO₂+Cl₂+2H₂O=2HCl+H₂SO₄，充分反應后，溶液的棕黃色變淺，說明鐵離子氧化二氧化硫：2Fe³⁺+SO₂+H₂O=SO₄^2-+2Fe²⁺+2H⁺，二氧化硫完全反應，反應后的溶液足量的BaCl₂溶液，生成的22.3g沉淀為BaSO₄，其物質的量為0.1mol，根據硫元素守恒可知n（BaSO₄）=3n[Fe₂（SO₄）₃]+n（SO₂），據此計算n（SO₂），進而計算二氧化硫的體積；
當鐵離子完全反應時，混合氣體的體積最最小，計算Fe³⁺離子氧化的SO₂，剩余的SO₂由氯氣氧化，進而計算混合氣體最小體積；當混合氣體SO₂和Cl₂恰好完全反應時，混合氣體的體積最大；
（2）根據熱化學方程式，可知每生成1mol SO₃放出98 kJ熱量，當放出196 kJ熱量時生成2 mol SO₃，利用三段式計算平衡時各組分的物質的量，根據K=

c(SO3)

c(SO2)×(O2) 1 2

計算；
（3）溫度不變情況下，平衡常數不變，增大任一組分的濃度，平衡時各組分的濃度都增大；若只改變溫度，平衡常數分數變化，平衡時各組分的濃度，有的增大、有的減小；保持溫度和容器體積不變，充入不參與反應的氣體，平衡不移動，各組分的濃度不變；
（4）等體積混合后硫酸根為1.0×10^-3mol/L，根據溶度積計算Ba²⁺離子最小濃度，進而計算BaCl₂溶液的最小濃度；
（5）SO₂的漂白原理是與有色物質化合生成無色不穩定的化合物，SO₂使酸性KMnO₄褪色，是SO₂表現還原性而不是漂白性；KMnO₄酸性條件下的還原產物為Mn²⁺化合價降低5，SO₂被氧化成SO₄^2-化合價升高2，根據電子轉移守恒計算．

解答： 解：（1）SO₂和Cl₂組成的混合氣體通入Fe₂（SO₄）₃溶液中，由于氯氣的氧化性強于鐵離子，故氯氣先與二氧化硫反應：SO₂+Cl₂+2H₂O=2HCl+H₂SO₄，充分反應后，溶液的棕黃色變淺，說明鐵離子氧化二氧化硫：2Fe³⁺+SO₂+H₂O=SO₄^2-+2Fe²⁺+2H⁺，二氧化硫完全反應，反應后的溶液足量的BaCl₂溶液，生成的16.31g沉淀為BaSO₄，其物質的量=

23.3g

233g/mol

=0.1mol，根據硫元素守恒可知n（BaSO₄）=3n[Fe₂（SO₄）₃]+n（SO₂），故n（SO₂）=0.1mol-3×0.2L×0.1mol?L^-1=0.04mol，V（SO₂）=0.04mol×22.4L/mol=0.896L；
當鐵離子完全反應時，混合氣體的體積最小，n（Fe³⁺）=2×0.2L×0.1mol?L^-1=0.04mol，可以氧化的SO₂為0.02mol，故被氯氣氧化SO₂為0.04mol-0.02mol=0.02mol，需要氯氣的物質的量為0.02mol，則混合氣體的最小體積大于（0.04mol+0.02mol）×22.4L/mol=1.344L，當混合氣體SO₂和Cl₂恰好完全反應時，混合氣體的體積最大，混合氣體的最大體積小于（0.04mol+0.04mol）×22.4L/mol=1.792L，故a的取值范圍為0.896＜a＜1.792，
故答案為：0.896；0.896＜a＜1.792；
（2）根據熱化學方程式每生成1mol SO₃放出98 kJ熱量，當放出196 kJ熱量時生成2 mol SO₃
           SO₂（g）+

1

2

O₂（g） SO₃（g）
初始（mol）：4          10              0
變化（mol）：2           1              2
平衡（mol）：2           9              2
平衡常數k=

2 100

2 100 ×( 9 100 ) 1 2

=

10

3

故答案為：

10

3

；
（3）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．保持溫度和容器體積不變，充入0.5mol SO₂和0.25mol O₂，平衡向正反應方向移動，則SO₂、O₂、SO₃氣體平衡濃度都比原來增大，故C正確；
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．升高溫度，平衡向逆反應分析移動，SO₃的濃度減小，故E錯誤；
F．移動活塞壓縮氣體，體積減小，各物質的濃度都增大，故F正確，
故答案為：A、C、F；
（4）等體積混合后硫酸根為1.0×10^-3mol/L，根據溶度積可知，Ba²⁺離子最小濃度為

1.08×10-10

1.0×10-3

mol/L=1.08×10^-7mol/L，故BaCl₂溶液的最小濃度為1.08×10^-7mol/L×2=2.16×10^-7mol/L，
故答案為：2.16×10^-7mol/L；
（5）SO₂的漂白原理是與有色物質化合生成無色不穩定的化合物，SO₂使酸性KMnO₄褪色，是SO₂表現還原性而不是漂白性；KMnO₄酸性條件下的還原產物為Mn²⁺化合價降低5，SO₂被氧化成SO₄^2-化合價升高2，根據電子轉移守恒，可得5x=2y，故x：y=5：2，
故答案為：5：2．

點評：本題比較綜合，涉及混合物計算、化學平衡常數計算、化學平衡影響因素、溶度積計算、氧化還原反應計算等，是對學生綜合能力的考查，（1）中注意利用極限法解答，難度中等．