Question

利用催化氧化反應將SO₂轉化為SO₃是工業上生產硫酸的關鍵步驟．已知：SO₂（g）+O₂（g）?SO₃（g）+98kJ
（1）某溫度下該反應的平衡常數K=，若在此溫度下，向100L的恒容密閉容器中，充入3.0mol SO₂（g）、16.0mol O₂（g）和3.0mol SO₃（g），則反應開始時v（正）______v（逆）（填“＜”、“＞”或“=”）．
（2）一定溫度下，向一帶活塞的體積為20L的密閉容器中充入0.4mol SO₂和0.2mol O₂，達到平衡后體積變為16L，則平衡后SO₂轉化的百分率為______．
（3）在（2）中的反應達到平衡后，改變下列條件，能使SO₂（g）平衡濃度比原來減小的是______（填字母）．
A．保持溫度和容器體積不變，充入0.2mol O₂
B．保持溫度和容器內壓強不變，充入0.4mol SO₃
C．降低溫度
D．移動活塞壓縮氣體
（4）若以圖所示裝置，用電化學原理生產硫酸，為穩定持續生產，硫酸溶液的濃度應維持不變，則通入SO₂和水的質量比為______．

Answer 1

【答案】分析：（1）根據濃度商與平衡常數的大小判斷反應進行的方向；
（2）先根據平衡常數計算出c（SO₂），再根據轉化率公式求出SO₂的轉化率；
（3）根據濃度、溫度、壓強等外界條件對化學平衡的影響，求出平衡移動后c（SO₂），
（4）根據SO₂、O₂和水形成硫酸溶液的濃度為50%，求出SO₂和水的質量比．
解答：解：（1）因為濃度商Q_C==2.5＞K，所以化學反應正向進行，即v（正）＞v（逆），故答案為：＞；    
    （2）根據P_前/P_后=n_前/n_后 可得，n_后=0.48mol 
                    SO₂（g）+O₂（g）?SO₃（g）
 開始（mol）         0.4        0.2                0
 反應（mol）          a        a                a 
 平衡（mol）        0.4-a      0.2- a            a 
                 則：（0.4-a）+（0.2-a）+a=0.48
                              a=0.24 
                 所以SO₂的轉化率α=×100%=60%，故答案為：60%；        
（3）A、保持溫度和容器體積不變，O₂的濃度增大，平衡正向移動，SO₂的濃度減小，所以A正確；    
     B、保持溫度和容器內壓強不變，充入0.4mol SO₃，新的平衡與原平衡等效，SO₂的濃度不變，所以B錯誤；
     C、降低溫度，平衡向放熱的方向移動，而正反應為放熱，所以平衡正向移動，SO₂的濃度減小，所以C正確；
     D、移動活塞壓縮氣體，SO₂的濃度瞬間增大，之后平衡向氣體體積減少的方向移動，即向正反應方向移動，SO₂的濃度減小，再次到達平衡時SO₂的濃度仍比原來大，所以D錯誤．
 故答案為：A、C；
（4）設：SO₂和水的質量分別為a、b       
         SO₂ +H₂O?H₂SO₃
         64   18   82
         a     
^₂H₂SO₃ +O₂═^₂H₂SO₄
          164        196
                     
     則：硫酸溶液的質量百分數為 ×100%=50%，
     所以a：b=16：29，故答案為：16：29．
點評：本題考查了化學平衡的有關知識，如利用濃度商判斷化學反應進行的方向，轉化率的計算、外界條件對化學平衡的影響以及有關化學計算，試題較靈活，綜合性強．