Question

5．在硫酸工业中，SO₂转化为SO₃是一个关键步骤
（1）SO₂有氧化性又有还原性，还有漂白性，将SO₂通入酸性KMnO₄溶液中，溶液褪色，SO₂表现还原性，其中氧化剂和还原剂物质的量之比为2：5（已知KMnO₄酸性条件下的还原产物为Mn²⁺）
（2）某温度下，SO₂（g）=$\frac{1}{2}$O₂（g）?SO₃（g）△H=-98kJ/mol，开始时在100L的密闭容器中加入4.0molSO₂和10.0molO₂，当反应达到平衡时放出热量196kJ，该温度下平衡常数K=K=$\frac{c（S{O}_{3}）}{c（S{O}_{2}）×{c}^{\frac{1}{2}}（{O}_{2}）}$=3.33（写出表达式并计算）
（3）下列关于2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196KJ/mol反应的图象中，错误的是C

（4）一定条件下，向一带活塞的密闭容器中充入2molSO₂和1molO₂，发生下列反应：
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），达到平衡后改变下述条件，SO₂、O₂、SO₃气体平衡浓度都比原来增大的是ACE（填字母）
A．保持温度和容器体积不变，充入2molSO₃
B．保持温度和容器体积不变，充入2molN₂
C．保持温度和容器体积不变，充入0.5molSO₂和0.25molO₂
D．保持容器体积不变，升高混合气体温度
E．移动活塞压缩气体
（5）某人设想以如图装置生产硫酸，写出a电极的电极反应式SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺检验SO₄^2-的具体操作为取少量溶液于试管中加入盐酸，无明显现象，再加入BaCl₂溶液，若产生白色沉淀说明溶液中含SO₄^2-．

Answer 1

分析 （1）SO₂气体通入酸性KMnO₄中，酸性KMnO₄褪色，高锰酸钾中锰元素是最高价具有氧化性，二氧化硫具有还原性；Mn元素化合价由+7价降低到+2价，化合价变化5价，S元素化合价由+4价升高到+6价，化合价变化2价，氧化还原反应中氧化剂和还原剂得失电子数目相等；
（2）根据方程式的热量计算参加反二氧化硫物质的量，计算平衡时各物质的浓度，代入平衡常数表达式K=$\frac{c（S{O}_{3}）}{c（S{O}_{2}）×{c}^{\frac{1}{2}}（{O}_{2}）}$计算；
（3）A．升高温度，平衡逆向移动；
B．升高温度，平衡逆向移动，三氧化硫的含量降低；
C．升高温度，加快反应速率到达平均的时间缩短，逆反应速率增大更多，平衡向逆反应方向移动，三氧化硫的含量降低；
D．增大压强，加快反应速率到达平均的时间缩短，平衡向正反应方向移动，三氧化硫的含量增大；
（4）SO₂、O₂、SO₃气体平衡浓度都比原来增大，如体积不变，则各种物质的物质的量都增大，如体积变化，各种物质的浓度都增大，则应缩小体积；
（5）原电池负极发生氧化反应，SO₂被氧化生成SO₄^2-；钡离子和硫酸根离子生成硫酸钡白色沉淀，据此检验硫酸根离子．

解答 解：（1）SO₂气体通入酸性KMnO₄中，酸性KMnO₄褪色，高锰酸钾中锰元素是最高价具有氧化性，二氧化硫具有还原性；Mn元素化合价由+7价降低到+2价，化合价变化5价，S元素化合价由+4价升高到+6价，化合价变化2价，氧化还原反应中氧化剂和还原剂得失电子数目相等，则氧化剂和还原剂物质的量之比为2：5，
故答案：还原；2：5；
（2）在100L的密闭容器中加入4.0mol SO₂（g）和10.0molO₂（g），当反应达到平衡时共放出热量196kJ，则消耗SO₂ 为$\frac{196kJ}{98kJ/mol}$=2mol，
         SO₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?SO₃（g）
起始mol）：4.0  10.0   0
转化（mol）：2.0  1.0    2
平衡（mol）：2.0  9.0    2
则平衡时，c（SO₂）=0.02mol/L，c（O₂）=0.09mol/L，c（SO₃）=0.02mol/L，
平衡常数K=$\frac{c（S{O}_{3}）}{c（S{O}_{2}）×{c}^{\frac{1}{2}}（{O}_{2}）}$=$\frac{0.02}{0.02×\sqrt{0.09}}$3.33，
故答案为：K=$\frac{c（S{O}_{3}）}{c（S{O}_{2}）×{c}^{\frac{1}{2}}（{O}_{2}）}$=3.33；
（3）A．升高温度，逆反应速率增大更多，平衡向逆反应方向移动，图象与实际符合，故A正确；
B．升高温度，平衡向逆反应方向移动，三氧化硫的含量降低，图象与实际符合，故B正确；
C．升高温度，加快反应速率到达平均的时间缩短，平衡向逆反应方向移动，三氧化硫的含量降低，图象与实际不符，故C错误；
D．增大压强，加快反应速率到达平均的时间缩短，正反应速率增大更多，平衡向正反应方向移动，三氧化硫的含量增大，图象与实际符合，故D正确；
故答案为：C；
（4）A．保持温度和容器体积不变，充入2mol SO₃，平衡向逆反应分析移动，则SO₂、O₂、SO₃气体平衡浓度都比原来增大，故A正确；
B．保持温度和容器体积不变，充入2mol N₂，对平衡移动没有影响，各物质的浓度不变，故B错误；
C．保持温度和容器体积不变，充入0.5mol SO₂和0.25mol O₂，平衡向正反应方向移动，则SO₂、O₂、SO₃气体平衡浓度都比原来增大，故C正确；
D．升高温度，平衡向逆反应方向移动，SO₃的浓度减小，故D错误；
E．移动活塞压缩气体，体积减小，各物质的浓度都增大，故E正确．
故答案为：ACE；
（5）依据图装置分析，二氧化硫失电子发生氧化反应，二氧化硫被氧化为三氧化硫溶于水生成硫酸，电极反应为：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；
检验硫酸根离子的方法为：取少量溶液于试管中加入盐酸，无明显现象，再加入BaCl₂溶液，若产生白色沉淀说明溶液中含SO₄^2-，
故答案为：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；取少量溶液于试管中加入盐酸，无明显现象，再加入BaCl₂溶液，若产生白色沉淀说明溶液中含SO₄^2-．

点评 本题考查化学平衡常数的有关计算、影响化学平衡的因素、化学平衡图象、电解原理、氧化还原反应等，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，题目难度中等，试题是对学生综合能力的考查，注意基础知识的理解掌握．