Question

【题目】可逆反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)是硫酸工业中非常重要的一个反应，因该反应中使用催化剂而被命名为接触法制硫酸。

(1)使用 V2O5 催化该反应时，涉及到催化剂 V2O5 的热化学反应有：

①V2O5 (s)＋SO2 (g)V2 O4 (s)＋SO3 (g) △H1＝＋59．6kJ·mol－1

②2V2O4(s)＋O2(g)2V2O5(s) △H2＝-314．4kJ·mol-1

则2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) △H3＝_____，若降低温度，该反应速率会_____（填“增大”或“减小”）

(2)向 10 L 密闭容器中加入 V2O4(s)、SO2(g)各 1 mol 及一定量的 O2，改变加入 O2 的量，在常温下反应一段时间后，测得容器中 V2O4、V2O5、SO2 和 SO3 的量随反应前加入 O2 的变化如图甲所示，图中没有 生成 SO3 的可能原因是____________________________________________________。

(3)向 10 L 密闭容器中加入 V2O5(s)、SO2(g)各 0.6mol，O2(g)0.3mol，保持恒压的条件下 分别在 T1、T2、T3 三种温度下进行反应，测得容器中 SO2 的转化率如图乙所示。

①T1 _____T2(填“>”或“<”)。

②T2时，2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)的平衡常数K＝_____。若向该容器通入高温 He(g)（不参加反应，高于T2），SO3 的产率将______选填“增大”“减小”“不变”“无法确定”），理由是_____。

③结合化学方程式及相关文字，解释反应为什么在 T3 条件下比 T2 条件下的速率慢：__________。

(4)T2 时使用 V2O5 进行反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，在保证 O2(g)的浓度不变的条件下，增大容器的体积，平衡_____（填字母代号）。

A．向正反应方向移动 B．不移动 C．向逆反应方向移动 D．无法确定

Answer 1

【答案】-195.2kJ/mol 减小 常温下，V2O5 (s)＋SO2 (g)V2 O4 (s)＋SO3 (g)和2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)反应都很慢 ＜ 1.89×104 减小 该反应为气体体积减小的放热反应，通入高温He相当于加热；同时容器的体积增大，相当于减小压强，平衡均左移，产率减小 该反应正向为放热反应，平衡时温度越高，SO2的转化率越低，故T3比T2高，高温下，反应②平衡向左移动，生成的V2O4固体覆盖在V2O5固体的表面，减小了V2O5与SO2气体的接触面积，使得V2O5 (s)＋SO2 (g)V2 O4 (s)＋SO3 (g)的反应速率降低 B

【解析】

(1)结合已知热化学方程式，根据盖斯定律进行计算；

(2)由图像可知，随反应前加入 O2 量的变化，SO2未参与反应，V2O4逐渐减少，V2O5逐渐增多，根据反应条件和反应方程式分析反应的发生；

(3)①温度越高，反应速率越大；

②由图像可知，在T2温度下，该反应达到平衡状态时，SO2的转化率为90%，则可列出三段式，计算平衡时气体总物质的量，再根据恒温恒压下，气体的体积之比等于物质的量之比可得，计算平衡时容器的体积，从而计算平衡时气体的浓度，进而计算该反应的平衡常数；通入高温He相当于加热，同时容器的体积会增大，再结合平衡移动规律分析；

③结合平衡移动规律以及V2O5催化反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)的历程分析原因；

(4)根据V2O5催化反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)的历程分析。

(1)已知热化学方程式①V2O5 (s)＋SO2 (g)V2 O4 (s)＋SO3 (g) △H1＝＋59.6kJ·mol－1；②2V2O4(s)＋O2(g)2V2O5(s) △H2＝-314.4kJ·mol-1；根据盖斯定律可知，由2×①+②可得目标方程式2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，则△H3＝2△H1+△H2＝＋59.6kJ·mol－1×2-314.4kJ·mol-1=-195.2kJ/mol，降低温度，反应速率会减小，故答案为：-195.2kJ/mol；减小；

(2)由图像可知，随反应前加入 O2 量的变化，SO2未参与反应，V2O4逐渐减少，V2O5逐渐增多，由此可知，容器中发生反应2V2O4(s)＋O2(g)2V2O5(s)，而反应V2O5 (s)＋SO2 (g)V2 O4 (s)＋SO3 (g)和2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)几乎没有发生，可能是在常温下反应都很慢，则没有生成SO3，故答案为：常温下，V2O5 (s)＋SO2 (g)V2 O4 (s)＋SO3 (g)和2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)反应都很慢；

(3)①由图像可知，在T2温度下，该反应先达到平衡状态，则反应速率更大，且该反应正向为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，SO2的转化率降低，则T2温度更高，故答案为：＜；

②由图像可知，在T2温度下，该反应达到平衡状态时，SO2的转化率为90%，则SO2的转化量为0.54mol，可列出三段式(单位为mol)，则平衡时气体总物质的量为0.06mol+0.03mol+0.54mol=0.63mol，设平衡时容器的体积为V，根据恒温恒压下，气体的体积之比等于物质的量之比可得，，解得，V=7L，则该反应的平衡常数；由于该反应为气体体积减小的放热反应，通入高温He相当于加热，同时容器的体积会增大，相当于减小压强，平衡均左移，产率减小，故答案为：1.89×104；减小；该反应为气体体积减小的放热反应，通入高温He相当于加热，同时容器的体积增大，相当于减小压强，平衡均左移，产率减小；

③该反应正向为放热反应，平衡时温度越高，SO2的转化率越低，故T3比T2高，高温下，反应②平衡向左移动，生成的V2O4固体覆盖在V2O5固体的表面，减小了V2O5与SO2气体的接触面积，使得V2O5 (s)＋SO2 (g)V2 O4 (s)＋SO3 (g)的反应速率降低，故答案为：该反应正向为放热反应，平衡时温度越高，SO2的转化率越低，故T3比T2高，高温下，反应②平衡向左移动，生成的V2O4固体覆盖在V2O5固体的表面，减小了V2O5与SO2气体的接触面积，使得V2O5 (s)＋SO2 (g)V2 O4 (s)＋SO3 (g)的反应速率降低；

(4)T2 时使用 V2O5 进行反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，实际上反应的过程为①V2O5 (s)＋SO2 (g)V2 O4 (s)＋SO3 (g)，②2V2O4(s)＋O2(g)2V2O5(s)，反应①为反应前后气体物质的量不变的反应，增大容器的体积，即减小压强，平衡不移动，对于反应②，由于氧气的浓度不变，则平衡也不移动，故2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)不移动，故答案为：B。