Question

【题目】工业上制备硫酸最重要的一步是SO2的氧化。反应方程式如下： 2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) △H=-196kJ/mol

回答下列问题：

（1）该反应在________下能自发进行（选填“较高温度”“较低温度”）。

（2）某课外兴趣小组在实验室对该反应进行研究，部分数据如下表。

实验	反应条件			起始物质的量			平衡后性质
	催化剂	温度(K)	容积(L)	SO2	O2	SO3	SO2体积分数	吸收或放出热量（KJ）	SO2或SO3转化率
①	V2O5	770	10	0.2	0.1	0	a1	Q1	α1
②	V2O5	770	10	0	0	0.2	a2	Q2	α2
③	V2O5	绝热	10	0	0	0.2	a3	Q3	α3

比较下列数值大小（选填“＞”“＝”“＜”“无法确定”）。

①a1________a2

②Q1+Q2________19.6

③α1+α3 ______ 1

（3） 某同学通过实验绘出如下图像。

t1、t2、t3达到化学平衡状态的是____________

（4）若α1=0.9，计算770K时，正反应的平衡常数为___________。

（5）工业上将SO2转化为SO3时。为了提高反应速率，并有利于SO3的吸收，需要对原料混合气体预热，同时对SO3气体降温。通常采用如图所示的热交换器（中间为空心管道）。下列说法正确的是____________

a．使用热交换器可以充分利用能源

b．A、B、C三处气体的组成相同

c．A、B、C、D四处的气体中均含有SO2

d．预热原料混合气主要是为了提高SO2的平衡转化率

Answer 1

【答案】较低温度 = = < t2 8.1×104 abc

【解析】

（1）根据△H<0，△S<0，△G=△H-T△S来分析。

（2）①0.2molSO2和0.1molO2，从正方向开始反应建立的平衡与0.2molSO3从逆方向开始反应建立的平衡为等效平衡。

②结合①中的分析可知实验①和实验②为等效平衡，可推知a1+ a2=1。

③在绝热的实验条件下，由于该反应逆方向为吸热反应，温度较低，平衡正向移动。

（3）SO2和O2的化学计量比为2:1，当SO2的消耗速率是O2的生成速率的2倍时表示该反应达到化学平衡。

（4）根据三段式解答。

（5）a. 使用热交换器可以使反应充分进行，提高原料的利用率。

b.原料SO2、O2从装置左侧A处进入热交换器，吸收热量后由B处流出再从C口进入催化反应室发生反应，并放出大量的热,，最终反应的气体从D口排出，故A、B、C三处的气体组成为SO2、O2。

c.结合b项分析知A、B、C三处气体中含有SO2，由于该反应为可逆反应，可推知D处气体中也含有SO2。

d.正反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，SO2的平衡转化率降低。

（1）△H<0，△S<0，△G=△H-T△S，在较低温度下△G小于零，说明该反应在较低温度下能自发进行，故答案为：较低温度。

（2）①0.2molSO2和0.1molO2，从正方向开始反应建立的平衡与0.2molSO3从逆方向开始反应建立的平衡为等效平衡，所以达到平衡后各物质的物质的量均相同，即达到平衡后两组实验中的SO2的体积分数相同，故a1=a2，故答案为：=。

②结合①中的分析可知实验①和实验②为等效平衡，可推知a1+ a2=1，实验①中可计算出Q1=(0.2mol×196 kJ/mol×a1)/2=19.6 a1 KJ，实验②中可计算出Q2=(0.2mol×196 kJ/mol×a2)/2=19.6 a2 KJ，则Q1+ Q2=19.6 a1+19.6 a2=19.6（a1+ a2）=19.6，故答案为：＝。

③在绝热的实验条件下，由于该反应逆方向为吸热反应，温度较低，平衡正向移动，SO3的物质的量增加，则SO3的转化率降低，可推知α3< a2，结合②中的分析知α1+α3 <1，故答案为：<。

（3）SO2和O2的化学计量比为2:1，当SO2的消耗速率是O2的生成速率的2倍时表示该反应达到化学平衡，观察图像可知，t2时刻SO2的消耗速率是O2的生成速率的2倍，达到化学平衡状态，故答案为：t2。

（4）由题可知转化的SO2的物质的量为：0.2mol×0.9=0.18mol，

2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)

起始浓度（mol/L） 0.2 0.1 0

转化浓度（mol/L） 0.18 0.09 0.18

平衡浓度（mol/L） 0.02 0.01 0.18

平衡常数K=( 0.18 /10)2/ (0.02 /10)2×(0.01 /10)= 8.1×104 ，故答案为：8.1×104 。

（5）a. 使用热交换器可以使反应充分进行，提高原料的利用率，故a正确；

b.原料SO2、O2从装置左侧A处进入热交换器，吸收热量后由B处流出再从C口进入催化反应室发生反应，并放出大量的热,，最终反应的气体从D口排出，故A、B、C三处的气体组成为SO2、O2，故b正确；

c.结合b项分析知A、B、C三处气体中含有SO2，由于该反应为可逆反应，可推知D处气体中也含有SO2，故c正确；

d.正反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，SO2的平衡转化率降低，故d错误。

故答案为：abc。