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）+

1

2

O₂（g）?SO₃（g）△H=-98kJ?mol^-1．
（1）某溫度下該反應的平衡常數K=

10

3

，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2L的密閉容器中充入2.0mol SO₂和1.0mol O₂，達到平衡后體積變為1.6L，則SO₂的平衡轉化率為

 

．
（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1.0mol O₂
B．保持溫度和容器內壓強不變，充入1.0mol 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，寫出通入O₂電極的電極反應式為

 

；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

考點：化學平衡的計算,原電池和電解池的工作原理,化學平衡的影響因素

專題：化學平衡專題,電化學專題

分析：（1）依據計算的濃度商和平衡常數比較分析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）通入O₂電極的電極是正極反應，氧氣得到電子生成氫氧根離子，在酸性溶液中生成水；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=

c(SO3)

c(SO2)c 1 2 (O2)

=

3.0mol 100L

3.0mol 100L ( 16.0mol 100L ) 1 2

=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V_前/V_后=n_前/n_后 可得，向一帶活塞的體積為2L的密閉容器中充入2.0mol SO₂和1.0mol O₂，達到平衡后體積變為1.6L，n_后=2.4mol 
                    SO₂（g）+

1

2

O₂（g）?SO₃（g）
 開始（mol）         2.0     1.0         0
 反應（mol）          a       

1

2

a        a 
 平衡（mol）        2.0-a    1-

1

2

a       a 
 則：（2.0-a）+（1.0-

1

2

a）+a=2.4
a=1.2
 所以SO₂的轉化率α=

1.2mol

2mol

×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）通入O₂電極的電極是正極反應，氧氣得到電子生成氫氧根離子，在酸性溶液中生成水，電極反應為：O₂+4e^-+4 H⁺=2H₂O；
設：SO₂和水的質量分別為a、b       
         SO₂ +H₂O?H₂SO₃
         64   18   82
         a  

18a

64

  

82a

64

^₂H₂SO₃ +O₂═^₂H₂SO₄
 164        196
 

82a

64

       

98a

64

則：硫酸溶液的質量百分數為 

98a 64

98a 64 +b- 18a 64

×100%=50%，
所以a：b=16：29；
故答案為：O₂+4e^-+4 H⁺=2H₂O；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，題目難度較大．