Question

18．工业制硫酸，利用催化氧化反应将SO₂转化为SO₃是一个关键步骤．请回答：
（1）某温度下，SO₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?SO₃（g）；△H=-98kJ•mol^-1．开始时在100L的密闭容器中加入4.0molSO₂（g）和10.0molO₂（g），当反应达到平衡时共放出热量196kJ，该温度下平衡常数K=$\frac{10}{3}$．
（2）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ACF（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．保持温度和容器内压强不变，充入1molSO₃
E．升高温度F．移动活塞压缩气体
（3）某人设想以图1所示装置用电化学原理生产硫酸，写出通入SO₂的电极的电极反应式：SO₂+2H₂O-2e^-═SO₄^2-+4H⁺．
（4）下列关于2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）反应的图象中，一定正确的是AD（填序号）．

（5）①某温度下，SO₂的平衡转化率（α）与体系总压强（p）的关系如图3所示．当平衡状态由A变到B时，平衡常数K_（A）= K_（B） （填“＞”、“＜”或“=”）．
②将一定量的SO₂（g）和O₂（g）放入某固定体积的密闭容器中，在一定条件下，c（SO₃）的变化如图4所示．若在第5分钟将容器的体积缩小一半后，在第8分钟达到新的平衡（此时SO₃的浓度为0.25mol•L^-1）．请在图4画出此变化过程中SO₃（g）浓度的变化曲线．

Answer 1

分析 （1）利用三段式法计算平衡浓度，根据平衡常数表达式计算；
（2）根据影响化学平衡的因素进行判断；
（3）原电池负极发生氧化反应，SO₂被氧化生成SO₄^2-；
（4）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；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，据此结合图象判断；
（5）①由A到B状态改变压强，温度不变，而平衡常数只受温度影响；
②在第5分钟末将容器的体积缩小一半后，压强增大平衡正向进行，若在第8分钟末达到新的平衡（此时SO₃的浓度约为0.25mol/L），依据三氧化硫浓度变化，和平衡浓度画出变化图象．

解答 解：（1）SO₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?SO₃（g）；△H=-98kJ•mol^-1，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 2mol，
     SO₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?SO₃（g）；△H=-98kJ•mol^-1，
起始 4.0mol    10.0mol       0
转化 2.0mol   1.0mol      2mol      
平衡 2.0mol   9.0mol    2mol         
则平衡时各组分的浓度为：c（SO₂）=0.02mol/L，c（O₂）=0.09mol/L，c（SO₃）=0.02mol/L，
所以K=$\frac{0.02}{0.02×\sqrt{0.09}}$=$\frac{10}{3}$，
故答案为：$\frac{10}{3}$；
（2）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．保持温度和容器内压强不变，充入1mol SO₃，处于等效平衡状态，浓度不变，故D错误；
E．升高温度，平衡向逆反应分析移动，SO₃的浓度减小，故E错误；
F．移动活塞压缩气体，体积减小，各物质的浓度都增大，故F正确；
故答案为：ACF；
（3）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⁺，
故答案为：SO₂+2H₂O-2e^-═SO₄^2-+4H⁺；
（4）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．该反应为可逆反应，温度为0时三氧化硫的百分含量不可能为0，图象与实际不相符，故B错误；
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，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：AD；
（5））①平衡常数只受温度影响由A到B状态改变压强，温度不变，则平衡常数不变，即K（A）=K（B），
故答案为：=；
②在第5分钟末将容器的体积缩小一半后，压强增大平衡正向进行，若在第8分钟末达到新的平衡（此时SO₃的浓度约为0.25mol/L），依据三氧化硫浓度变化和平衡浓度画出变化图象为，
故答案为：．

点评 本题考查较为综合，涉及化学平衡常数的有关计算、影响化学平衡的因素、平衡图象、电解原理与计算等，题目难度中等，明确化学平衡及其影响为解答关键，试题侧重考查学生的分析、理解能力及灵活应用能力．