Question

【题目】在一定的温度、压强和钒催化剂存在的条件下，SO2被空气中的O2氧化为SO3。V2O5是钒催化剂的活性成分，郭汗贤等提出：V2O5在对反应I的催化循环过程中，经历了Ⅱ、Ⅲ两个反应阶段，图示如图1：

图1

（1）①已知有关气体分子中1mol化学键断裂时需要吸收的能量数据如下：

化学键	S=O(SO2)	O=O(O2)	S=O(SO3)
能量/kJ	535	496	472

由此计算反应Ⅰ的△H=_________kJ·mol-1。

②写出反应Ⅱ的化学方程式_________。

（2）不能说明反应Ⅰ达到平衡状态的是_________。

A．恒容密闭容器中混合气体的压强不再变化

B．恒容密团容器中混合气体的密度不再变化

C．混合气体的总物质的量不再变化

D．混合气体的平均相对分子质量不再变化

E．n(SO2)∶n(O2)∶n(SO3)=2∶1∶2

F．SO2气体的百分含量不再变化

（3）在保持体系总压为105Pa的条件下进行反应SO2+1/2O2SO3，原料气中SO2和O2的物质的量之比m(m=)不同时，SO2的平衡转化率与温度(t)的关系如下图所示：

①图中m1、m2、m3的大小顺序为_________，理由是_________。

②反应I的化学平衡常数Kp表达式为_________(用平衡分压代替平衡浓度表示)。图中A点原料气的成分是：n(SO2)=10mol,n(O2)=24.4mol,n(N2)=70mol,达平衡时SO2的分压p(SO2)为_________Pa。(分压=总压×物质的量分数)。

③近年，有人研发出用氧气代替空气的新工艺，使SO2趋于全部转化。此工艺的优点除了能充分利用含硫的原料外，主要还有_________。

Answer 1

【答案】 -98 SO2 + V2O5V2O4·SO3 B E m1>m2>m3 相同温度和压强下，若SO2浓度不变，O2浓度增大，转化率提高，m值减小。 Kp= =1200Pa（ 无尾气排放，不污染环境

【解析】（1）①反应热等于反应物的总键能减生成物的总键能；则反应I的△H=（2×535）+0.5×496-3×472=-98kJ/mol；正确答案：-98；

②反应Ⅱ生成V204S03，方程式为S02+V205V204S03，反应ⅢV204S03与氧气反应生成V205和S03，方程式为2V204S03+022V205+S03，故答案为：S02+V205V204S03；

（2）该反应为反应前后气体的总量不为0的反应，恒容密闭容器中混合气体的压强不再变化，反应达平衡状态；A正确；反应前后气体的总质量不变，恒容密团容器中混合气体的密度恒为常数，无法判断反应是否达到平衡状态；B错误；该反应为反应前后气体的总量不为0的反应，合气体的总物质的量不再变化，反应达平衡状态；C正确；反应前后气体的总质量不变，混合气体的总量在变化，当混合气体的平均相对分子质量不再变化，反应达平衡状态；D正确；n(SO2)∶n(O2)∶n(SO3)=2∶1∶2，无法判定反应达平衡状态，E错误；反应达平衡状态，各组分的浓度保持不变；SO2气体的百分含量不再变化，可以判定反应达平衡状态；F正确；正确选项：B E ；

（3）根据图像可知：m=，m越大，二氧化硫转化率越小；原因相同温度和压强下，若SO2浓度不变，增大氧气的浓度，氧气的转化率减少，SO2的转化率增大；正确答案：

m1>m2>m3 ；相同温度和压强下，若SO2浓度不变，O2浓度增大，转化率提高，m值减小；

②根据反应：SO2(g)+1/2O2(g) SO3(g)，其他条件不变时，化学平衡常数Kp为生成物的平衡分压与反应物的平衡分压的分压幂之比；平衡常数可以用压强表示为：Kp=；

根据题给信息，压强为Pa，二氧化硫的转化率为88%；n(SO2)=10mol,n(O2)=24.4mol, n(N2)=70mol,进行如下计算：

SO2(g) + 1/2O2(g) SO3(g)，

起始量： 10 24.4 0

变化量： 10×88% 0.5×10×88% 10×88%

平衡量：10×12% 24.4-5×88% 10×88%

平衡时，混合气体总量为10×12%+24.4-5×88%+10×88%+70=104.4-5×88%=100mol

达平衡时SO2的分压p(SO2)为10×12%×105 ÷100×100%=1200 Pa；正确答案：1200 Pa；

③使二氧化硫气体趋于全部转化为三氧化硫，这样就没有二氧化硫气体的剩余，减少了对环境的污染；正确答案：无尾气排放，不污染环境；