Question

工业上生产硫酸时，利用催化氢化反应将SO₂转化为SO₃是一个关键步骤．

（1）SO₂转化为SO₃是在接触室（如图1）里进行的，中部是一个热交换器，它是由导热性能良好的管状材料（如铜管）制成．温度低的气体A从管外流过，上层催化剂反应后的热气体从管内流过，通过导热材料进行气体与气体的热交换．实验室里有很多实验也需要进行热交换（除直接加热外），如在进行气体和气体热交换时，通常使用玻璃导管，气体和液体热交换时，通常使用

 

（填仪器名称），请你举一例有液体与流体热交换的化学实验

 

（填实验名称）．
（2）某温度下，2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196kJ?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．此时二氧化硫的转化率为

 

，该温度下平衡常数K=

 

；
（3）一定温度下，向体积为1L的密闭容器中充入2molSO₃（g）和1molO₂（g），发生下列反应：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），达到平衡时SO₂的体积分数为a．若保持温度不变，以下列量作为起始量发生反应，达到平衡后SO₂体积分数仍为a的是

 

（填字母）．
A．向体积为1L的容器中充入2molSO₃
B．向体积为1L的容器中充入4molSO₂和2molO₂
C．向体积为1L的容器中充入1.8molSO₂、0.9molO₂、0.2molSO₃
D．向体积为0.5L的容器中充入1molSO₂和0.5molO₂
E．向体积为0.5L的容器中充入2molSO₂和1molO₂
（4）某学生庙想以如图2所示装置的电化学原理生产硫酸，写出通入O₂一极的电极反应式

 

．
（5）若通入SO₂的速率为2.24L?min^-1（标准状况），为稳定持续生产，硫酸溶液的质量分数应维持50%，则左侧水的流入速率应为

 

mL?min^-1．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,常见化学电源的种类及其工作原理,化学平衡常数的含义,等效平衡

专题：化学平衡专题,电化学专题

分析：（1）冷凝管可把蒸气和冷却水进行能量交换，水浴加热是液体和液体进行能量交换；
（2）依据化学平衡三段式列式计算得到，据转化率公式求出SO₂的转化率，根据平衡浓度计算平衡常数；
（3）根据平衡的特征和原平衡等效判断；
（4）原电池正极发生还原反应，氧气被还原生成水；
（5）电池的总反应式为：2SO₂+2H₂O+O₂=2H₂SO₄，根据方程式计算，注意硫酸的浓度不变．

解答： 解：（1）冷凝管可把蒸气和冷却水进行能量交换，水浴加热是液体和液体进行能量交换，故答案为：冷凝管；实验室制硝基苯或银镜反应；
（2）在T₂温度时，开始在100L的密闭容器中加入4.0molSO₂和10.0molO₂，一定条件下当反应达到平衡时共放出热量196kJ，根据热化学方程式可知，参加反应的二氧化硫为2mol；
             2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
开始量（mol） 4        10          0
变化量（mol） 2         1          2
平衡量（mol） 2         9          2
所以SO₂的转化率α=

2mol

4mol

×100%=50%，
该温度下平衡常数K=

c2(SO3)

c2(SO2)?c(O2)

=

( 2mol 100L )2

( 2mol 100L )2× 9mol 100L

=

100

9

=11.1，
故答案为：50%；11.1；
（3）A．向体积为1L的容器中充入2molSO₃，平衡向逆反应分析移动，达平衡后和原平衡等效，故A正确；
B．向体积为1L的容器中充入4molSO₂和2molO₂，相当于加压，平衡正向移动，二氧化硫含量较少，故B错误；
C．向体积为1L的容器中充入1.8molSO₂、0.9molO₂、0.2molSO₃，采用极值转化法可知和原平衡等效，故C正确；
D．向体积为0.5L的容器中充入1molSO₂和0.5molO₂，和原平衡等效，故D正确；
E．向体积为0.5L的容器中充入2molSO₂和1molO₂，相当于加压，平衡正向移动，二氧化硫含量减少，故E错误；
故答案为：ACD；
（4）依据图装置分析，二氧化硫失电子发生氧化反应，氧气得电子发生还原反应，电极反应为：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，
故答案为：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；
（5）电池的总反应式为：2SO₂+2H₂O+O₂=2H₂SO₄，1min内n（SO₂）=

2.24L

22.4L/mol

=0.1mol，消耗水0.1mol，生成硫酸的质量为：0.1mol×98g/mol=9.8g，消耗水的质量为：0.1mol×18g/mol=1.8g，
设1min内通入xmLH₂O，
则有：

9.8g

9.8g+x×1g/mL-1.8g

=0.5
x=11.6mL/min，
故答案为：11.6．

点评：本题考查较为综合，涉及化学平衡和电化学知识，题目难度中等，本题易错点为（5），注意根据浓度不变结合反应的化学方程式计算．