Question

工业上以黄铁矿为原料生产硫酸，其中重要的一步是催化氧化：
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），△H=-196.6kJ?mol^-1
（1）生产中为提高反应速率和SO₂的转化率，下列措施可行的是

 

（填字母）．
A．向装置中充入N₂             
B．向装置中充入过量的O₂
C．使用更高效的催化剂
D．升高温度
（2）在一密闭容器中充入4mol SO₂和一定量O₂，当放出353.6kJ热量时，SO₂的转化率最接近于

 

（填字母）．
A．40%         B．50%        C．80%          D．90%
（3）580℃时，在一密闭容器中充入一定量的SO₂和O₂，当反应达到平衡后测得SO₂、O₂和SO₃的浓度分别为6.0×10^-3mol?L^-1、8.0×10^-3mol?L^-1和4.4×10^-2mol?L^-1．该温度下反应2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）的平衡常数K=

 

．
（4）硫酸工业尾气中二氧化硫含量超过0.05%（体积分数）时需要加以处理后才能排放．现用右图所示装置测定尾气中SO₂的含量，当通入尾气11.2L（标准状况下测定）时，碘水恰好褪色．通过计算说明，该尾气能否直接排放（写出计算过程）．

 

．

Answer 1

分析：（1）该反应是一个反应前后气体体积减小的放热反应，欲提高SO₂的转化率，则改变条件使平衡向正反应方向移动；
（2）由2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），△H=-196.6kJ?mol^-1，则1mol SO₂完全反应，放出98.2kJ的热量，利用物质的量与放出的热量成正比计算反应的二氧化硫，以此计算SO₂的转化率；
（3）根据化学平衡常数=

生成物平衡浓度系数次幂之积

反应物平衡浓度系数次幂之积

来计算化学平衡常数；
（4）计算二氧化硫的含量，根据硫酸工业尾气中二氧化硫含量超过0.05%（体积分数）时不能任意排放来回答．

解答：解：（1）A．向装置中充入N₂，化学平衡不会移动，不会提高二氧化硫转化率，故A错误；       
B．向装置中充入过量的O₂，化学平衡正向移动，会提高二氧化硫转化率，故B正确；
C．使用更高效的催化剂，不会引起化学平衡的移动，不会提高二氧化硫转化率，故C错误；
D．升高温度，化学平衡逆向移动，二氧化硫的转化率减小，故D错误．
故选：B．
（2）设反应的二氧化硫为x，则
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），△H=-196.6kJ?mol^-1
2mol                        196.6kJ
 x                          353.6kJ

2

x

=

196.6

353.6

，解得x=3.6mol，
所以SO₂的转化率为

3.6

4

×100%=90%，
故选：D．
（3）反应达到平衡后测得SO₂、O₂和SO₃的浓度分别为6.0×10^-3mol?L^-1、8.0×10^-3mol?L^-1和4.4×10^-2mol?L^-1．该温度下反应2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）的平衡常数K=

c2(SO3)

c2(SO2)?c(O2)

=

(4.4×10-2)2

(8.0×10-3)?(6.0×10-3)2

=6.72×10³，
故答案为：6.72×10³；
（4）根据反应SO₂+I₂+2H₂O═H₂SO₄+2HI，n（SO₂）=n（I₂）=20×10^-3 L×0.025 mol/L=0.0005 mol，V（SO₂）=0.0005 mol×22.4 L/mol=0.0112 L
V（SO₂）%=

0.0112L

11.2L

×100%=0.1%＞0.05%，故不能直接排放，
故答案为：反应中SO₂+I₂+2H₂O═H₂SO₄+2HI，n（SO₂）=n（I₂）=20×10^-3 L×0.025 mol/L=0.0005 mol，V（SO₂）=0.0005 mol×22.4 L/mol=0.0112 L，V（SO₂）%=

0.0112L

11.2L

×100%=0.1%＞0.05%，故不能直接排放．

点评：本题涉及化学平衡的影响因素以及平衡的计算等知识，主要知识的归纳和整理是解题的关键，难度不大．