Question

工業(yè)上生產(chǎn)硫酸時，利用催化氧化反應(yīng)將SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃是一個關(guān)鍵步驟．
（1）某溫度下，SO₂（g）+

1

2

O₂（g）?SO₃（g）△H=-98kJ/mol．開始時向100L的密閉容器中加入4.0molSO₂（g）和10.0molO₂（g），當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時共放出熱量196kJ，則該溫度下的平衡常數(shù)K=

10

3

．若反應(yīng)溫度保持不變時，選擇合適的催化劑，是否可以提高SO₂的轉(zhuǎn)化率？

否

（填“是”或“否”，下同）；是否可以增大該反應(yīng)所放出的熱量？

否

．
（2）在一定條件下，向一帶有活塞的密閉容器中充入2molSO₂（g）和1molO₂（g），發(fā)生反應(yīng)：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），達(dá)到平衡后改變下列條件，SO₂、O₂、SO₃的平衡濃度都增大的是

A

（填序號）．
A．保持溫度和容器體積不變，充入2molSO₃
B．保持溫度和容器體積不變，充入2molN₂
C．保持溫度和容器內(nèi)壓強(qiáng)不變，充入0.5molSO₂和0.25molO₂
D．保持溫度和容器內(nèi)壓強(qiáng)不變，充入1molSO₃
E．保持溫度和容器內(nèi)壓強(qiáng)不變，充入2molN₂
F．升高溫度
（3）壓強(qiáng)、溫度對SO₂轉(zhuǎn)化率的影響如表中所示：

	0.1	0.5	1.0	10
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%

已知400℃、0.1MPa條件下達(dá)到平衡時的平衡常數(shù)為K₁，400℃、10MPa條件下達(dá)到平衡時的平衡常數(shù)為K₂，500℃、1.0MPa條件下達(dá)到平衡時的平衡常數(shù)為K₃，600℃、0.5MPa條件下達(dá)到平衡時的平衡常數(shù)為K₄，則K₁、K₂、K₃、K₄的大小順序為

K₁=K₂＞K₃＞K₄

．
由上表數(shù)據(jù)可知，硫酸工業(yè)中SO₂催化氧化反應(yīng)的合適溫度和壓強(qiáng)是

1.0MPa，400℃～500℃

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)反應(yīng)熱計算參加反應(yīng)的二氧化硫的物質(zhì)的量，利用三段式法計算平衡濃度，根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式計算，催化劑改變反應(yīng)速率，不能改變化學(xué)平衡，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率不變，反應(yīng)的熱量變化不變；
（2）根據(jù)平衡移動的方向判斷；
（3）平衡常數(shù)隨溫度變化，溫度不變，平衡常數(shù)不變，數(shù)據(jù)分析判斷二氧化硫的轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)進(jìn)行的條件選擇方法和經(jīng)濟(jì)效益分析判斷．

解答：解：（1）在100L的密閉容器中加入4.0mol SO₂（g）和10.0molO₂（g），當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時共放出熱量196kJ，則消耗SO₂為2mol，
       SO₂（g）+

1

2

O₂（g）?SO₃（g）；
起始：4mol     10mol        0
轉(zhuǎn)化：2mol      1mol      2mol
平衡：2mol     9mol       2mol
則平衡時：c（SO₂）=0.02mol/L，c（O₂）=0.09mol/L，c（SO₃）=0.02mol/L，
所以k=

0.02mol/L

0.02mol/L× 0.09mol/L

=3.33，
催化劑只改變反應(yīng)速率，不改變化學(xué)平衡，平衡不動，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率不變，反應(yīng)的焓變也不變；
故答案為：3.33；否；否；
（2）A．保持溫度和容器體積不變，充入2mol SO₃，平衡向逆反應(yīng)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(zhì)的濃度不變，故B錯誤；
C．保持溫度和容器內(nèi)壓強(qiáng)不變，充入0.5molSO₂和0.25molO₂，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，化合物恒壓容器中平衡不動，濃度不變，故C錯誤；
D．保持溫度和容器內(nèi)壓強(qiáng)不變，充入1mol SO₃，處于等效平衡狀態(tài)，濃度不變，故D錯誤；
E．保持溫度和容器內(nèi)壓強(qiáng)不變，充入2molN₂，體積增大，壓強(qiáng)減小，平衡逆向進(jìn)行，二氧化硫、氧氣、三氧化硫濃度減小，故E錯誤；
F．升高溫度，平衡向逆反應(yīng)分析移動，SO₃的濃度減小，故F錯誤．
故答案為：A；
（3）因為平衡常數(shù)K制隨溫度的變化，對于放熱反應(yīng)，升溫，K減小，所以K₁=K₂＞K₃＞K₄，從表中可以看出，壓強(qiáng)對二氧化硫的轉(zhuǎn)化率的影響不大，在1.0MPa溫度為400℃～500℃，有一定的反應(yīng)速率，二氧化硫轉(zhuǎn)化率較大，催化劑活性最大，
故答案為：K₁=K₂＞K₃＞K₄；1.0MPa，400℃～500℃．

點(diǎn)評：本題考查了化學(xué)平衡的分析判斷，平衡常數(shù)計算應(yīng)用，平衡影響因素的分析判斷，掌握數(shù)據(jù)的分析方法和反應(yīng)條件選擇是解題關(guān)鍵，題目難度中等．