Question

工业制硫酸的过程中利用反应2SO2（g）+O2（g）催化剂.△2SO3（g）；△H＜0，将SO2转化为SO3，尾气SO2

Answer 1

解题思路：（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式；

（2）恒温恒压容器达到平衡，反应是气体体积减小的放热反应，依据平衡移动原理分析选项，平衡标志是正逆反应速率相同，各组分含量保持不变；

A、反应速率相等，不能说明该可逆反应已达到平衡状态；

B、增加反应物的浓度，化学反应速率才能加快；

C、平衡后仅增大反应物浓度，则平衡一定右移，但各反应物的转化率不一定都增大；

D、平衡后移动活塞压缩气体，平衡向正反应方向移动，反应物的百分含量减小，生成物的百分含量增大；

E、平衡后升高温度，平衡逆反应方向移动，平衡常数K减小；

F、保持温度和容器体积不变，平衡后再充入2mol SO₃，先建立恒温恒压下的等效平衡，再压缩体积，可知再次平衡时各组分浓度均比原平衡时的浓度大．

（3）①先求出O₂的化学平衡时，再求出v（SO₂）的反应速率，反应速率之比等于化学计量数之比，先求出参加的反应的O₂物质的量，再可求y；

②根据平衡移动原理以及生成物的浓度可知：T₁＞T₂，求出实验2中参加反应的O₂的物质的量，根据转化率的计算表达式可求出平衡时 O₂的转化率．

（4）①根据pH求出c（OH^-），而c（Na⁺）是c（Na₂SO₃）的2倍，进而可求出中c（Na⁺）与c（OH^-）之比．

②根据物料守恒，可知c（OH^-）=c（H⁺）+c（HSO₃^-）+2c（H₂SO₃）．

③溶液中存在SO₃^2-的水解平衡，加入少量NaOH固体时，根据平衡移动原理，可知c（SO₃^2-）增大，但温度不变，所以水的离子积K_W不变．

（5）写出化学方程式，根据化学方程式计算．

（1）①CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955kJ•mol^-1

②2NO₂（g）═N₂O₄（g）△H=-56.9kJ•mol^-1

依据盖斯定律计算①-②得到CH₄催化还原N₂O₄（g）生成N₂和H₂O（l）的热化学方程式：CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+2H₂O（l）+CO₂（g）△H=-898.1KJ/mol；

故答案为：CH₄（g）+N₂O₄（g）=N₂（g）+2H₂O（l）+CO₂（g）△H=-898.1KJ/mol；

（2）恒温恒压容器达到平衡，反应是气体体积减小的放热反应，则

A．反应速率之比等于化学方程式系数之比，是正反应速率之比，若反应速率2υ正（O₂）=υ逆（SO₃），才可以说明该可逆反应已达到平衡状态，故A错误；

B．保持温度和容器体积不变，充入2mol N₂，总压增大，气体分压不变，化学反应速率不变，故B错误；

C．平衡后仅增大反应物浓度，则平衡一定右移，各反应物的转化率不一定都增大，两种反应物增大一种提高另一种转化率，本身转化率减小，故C错误；

D、平衡后移动活塞压缩气体，压强增大，平衡正向进行，平衡时SO₂、O₂的百分含量减小，SO₃的百分含量增大，故D正确；

E．反应是放热反应，平衡后升高温度，平衡逆向进行，平衡常数K减小，故E错误；

F、原平衡中充入2mol SO₂和1mol O₂，等效于充入2mol SO₃，保持温度和容器体积不变，平衡后再充入2mol SO₃，即增大压强，平衡向正反应方向移动，生成物浓度比原平衡时的浓度大，压缩体积时，浓度已是原平衡的2倍，虽然平衡向正反应方向移动，但因为外界因素比平衡移动对平衡的影响更大，所以，反应物的浓度仍然增大．因此，再次平衡时各组分浓度均比原平衡时的浓度大，故F正确；

故答案为：DF；

（3）①由表中数据，v（O₂）=

2mol−0.8mol

2L

6min=0.1 mol•L^-1•min^-1

根据反应速率之比等于化学计量数之比，则v（SO₂）=2v（O₂）=0.2mol•L^-1•min^-1

实验2中，n（SO₂）_参加⇌（4-0.4）mol=3.6mol

n（O₂）_消耗=0.5n（SO₂）=1.8mol

平衡时n（O₂）=（2-1.8）mol=0.2mol

故答案为：0.2mol•L^-1•min^-1 ；0.2mol；

②平衡时，实验1中n（O₂）=0.8mol 实验2中n（O₂）=0.2mol，而开始时反应物的起始量相等，实验1到实验2的过程，相当于平衡向正反应方向移动，根据平衡移动原理，降温能使平衡向正反应方向移动，即T₁＞T₂；

实验2中达平衡时 O₂的转化率=n（O₂）_消耗÷n（O₂）_起始×100%=1.8mol÷2mol×100%=90%

故答案为：＞；90%；

（4）依据pH=8得到c（OH^-）=10^-14÷10^-8=10^-6mol•L^-1

而c（Na⁺）=2×c（Na₂SO₃）=2×0.1mol•L^-1=0.2mol•L^-1

则c（Na⁺）：c（OH^-）=0.2mol•L^-1÷10^-6mol•L^-1=2×10⁵

故答案为：2×10⁵；

②溶液中存在物料守恒：c（OH^-）=c（H⁺）+c（HSO₃^-）+2c（H₂SO₃），故答案为：c（HSO₃^-）；2c（H₂SO₃）；

③Na₂SO₃溶液中存在水解平衡：SO₃^2-+H₂O⇌HSO₃^-+OH^-根据水解平衡移动原理，加入少量NaOH固体，增大了c（OH^-），平衡向逆方向移动，c（SO₃^2-）增大 水的离子积K_w只受温度影响，由于温度不变，所以K_w不变，故答案为：增大； 不变；

（5）假设溶液中溶质的物质的量为1mol，则

A中：Na₂CO₃+SO₂=Na₂SO₃+CO₂

1mol 1mol

B中：3Ba（NO₃）₂+3SO₂+2H₂O=3BaSO₄↓+2NO+4HNO₃（SO₂溶于水后显酸性，酸性条件下会被NO₃-氧化成SO₄^2-，再和Ba₂⁺生成沉淀）

1mol 1.5mol

C中：Na₂S+2SO₂+H₂O=H₂S+2NaHSO₃

1mol 2mol

2H₂S+SO₂=3S+2H₂O

1mol 0.5mol

所以1mol 的Na₂S最终可吸收2.5molSO₂

D中：2KMnO₄+5SO₂+2H₂O=2MnSO₄+K₂SO₄+2H₂SO₄

1mol 2.5mol

故答案为：B＞C=D＞A．

点评：

本题考点： 热化学方程式；化学平衡建立的过程；化学平衡状态的判断；酸碱混合时的定性判断及有关ph的计算．

考点点评： 本题涉及的知识点较多，关键要掌握有关可逆反应的计算、化学平衡移动原理以及利用水的离子积KW进行溶液中pH简单计算等，题目难度较大．