Question

3．硫酸工業用SO₂制取SO₃的反應為：2SO₂+O₂ $?_{加熱}^{催化劑}$2SO₃△H=-47kJ/mol．
（1）反應的平衡常數表達式K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）×c（{O}_{2}）}$
（2）下列描述中能說明上述反應已達到平衡的是bd（填序號）
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不隨時間而變化
（3）在上述平衡體系中加入¹⁸O₂，當平衡發生移動后，SO₂中¹⁸O的百分含量增加（填增加、減少、不變）其原因是在SO₂和¹⁸O₂反應生成S¹⁸O₃的同時，S¹⁸O₃又分解生成S¹⁸O₂．
（4）一定溫度下，把2molSO₂和1molO₂通入一恒容密閉容器中，平衡時SO₃的體積分數為x．保持溫度不變，若初始加入的SO₂、O₂和SO₃的物質的量分別為a、b、c，當a、b、c的取值滿足①a+c=2（填a與c的關系）、②b+$\frac{1}{2}$c=1（填b、c的關系）時，才能保證達到平衡時SO₃的體積分數仍為x．
（5）工業上用Na₂SO₃作為吸收液吸收尾氣中的SO₂，當吸收液的pH降至約為6時，需送至電解槽再生．再生示意圖如圖：
①HSO₃^-在陽極放電的電極反應式是SO₃^--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺．
②當陰極室中溶液pH升至8以上時，吸收液再生并循環利用．簡述再生原理：發生電離：HSO₃^-?SO₃^2-+H⁺，氫離子在陰極上得到電子生成H₂，c（H⁺）降低，促使上述電離平衡正向移動，SO₃^2-與進入的Na⁺結合，吸收液得到再生．

Answer 1

分析 （1）平衡常數是指：一定溫度下，可逆反應到達平衡時，生成物濃度系數冪乘積與反應物濃度系數次冪乘積的比；
（2）可逆反應到達平衡時，同種物質的正逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些物理量不變，判斷平衡的物理量應隨反應進行發生變化，該物理量由變化到不再變化說明到達平衡；
（3）在SO₂和¹⁸O₂反應生成S¹⁸O₃的同時，S¹⁸O₃又分解生成S¹⁸O₂；
（4）若初始加入的SO₂、O₂和SO₃的物質的量分別為a、b、c，保證達到平衡時SO₃的體積分數仍為x，說明與原平衡為等效平衡，恒溫恒容下，反應前后氣體的體積不相等，按化學計量數轉化到左邊滿足n（SO₂）=2mol、n（O₂）=1mol；
（5）①由示意圖可知，HSO₃^-在陽極放電生成SO₄^2-；
②亞硫酸氫根離子電離得到氫離子與亞硫酸根離子，陰極上氫離子得電子發生還原反應，促進電離，溶液中鈉離子向陰極移動，SO₃^2-與進入的Na⁺結合，吸收液得到再生．

解答 解：（1）2SO₂+O₂?2SO₃的平衡常數K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）×c（{O}_{2}）}$，
故答案為：$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）×c（{O}_{2}）}$；
（2）a．應是2v（O₂）_正=v（SO₃）_逆 時，反應到達平衡狀態，故a錯誤；
b．混合氣體總質量不變，隨反應進行混合氣體總物質的量減小，平均相對分子質量增大，容器中氣體的平均分子量不隨時間而變化，說明到達平衡，故b正確；
c．混合氣體總質量不變，容器的容積不變，容器中氣體的密度始終不變，故c錯誤；
d．隨反應進行混合氣體總物質的量減小，容器中氣體的分子總數不隨時間而變化，說明到達平衡，故d正確，
故選：bd；
（3）在上述平衡體系中加入¹⁸O₂，SO₂和¹⁸O₂反應生成S¹⁸O₃的同時，S¹⁸O₃又分解生成S¹⁸O₂，平衡發生移動后，SO₂中¹⁸O的百分含量增加，
故答案為：增加；在SO₂和¹⁸O₂反應生成S¹⁸O₃的同時，S¹⁸O₃又分解生成S¹⁸O₂；
（4）若初始加入的SO₂、O₂和SO₃的物質的量分別為a、b、c，保證達到平衡時SO₃的體積分數仍為x，說明與原平衡為等效平衡，恒溫恒容下，反應前后氣體的體積不相等，按化學計量數轉化到左邊滿足n（SO₂）=2mol、n（O₂）=1mol，即a+c=2，b+$\frac{1}{2}$c=1，
故答案為：a+c=2；b+$\frac{1}{2}$c=1；
（5）①由示意圖可知，HSO₃^-在陽極放電生成SO₄^2-，陽極電極反應式為：SO₃^--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺，
故答案為：SO₃^--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺；
②發生電離：HSO₃^-?SO₃^2-+H⁺，氫離子在陰極上得到電子生成H₂，c（H⁺）降低，促使上述電離平衡正向移動，SO₃^2-與進入的Na⁺結合，吸收液得到再生，
故答案為：發生電離：HSO₃^-?SO₃^2-+H⁺，氫離子在陰極上得到電子生成H₂，c（H⁺）降低，促使上述電離平衡正向移動，SO₃^2-與進入的Na⁺結合，吸收液得到再生．

點評 本題考查化學平衡常數、平衡狀態判斷、可逆反應、等效平衡、電解原理應用等，題目比較綜合，需要學生具備扎實的基礎與靈活運用能力，難度中等．