Question

3．硫酸工业用SO₂制取SO₃的反应为：2SO₂+O₂ $?_{加热}^{催化剂}$2SO₃△H=-47kJ/mol．
（1）反应的平衡常数表达式K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）×c（{O}_{2}）}$
（2）下列描述中能说明上述反应已达到平衡的是bd（填序号）
a．v（O₂）_正=2v（SO₃）_逆            
b．容器中气体的平均分子量不随时间而变化
c．容器中气体的密度不随时间而变化    
d．容器中气体的分子总数不随时间而变化
（3）在上述平衡体系中加入¹⁸O₂，当平衡发生移动后，SO₂中¹⁸O的百分含量增加（填增加、减少、不变）其原因是在SO₂和¹⁸O₂反应生成S¹⁸O₃的同时，S¹⁸O₃又分解生成S¹⁸O₂．
（4）一定温度下，把2molSO₂和1molO₂通入一恒容密闭容器中，平衡时SO₃的体积分数为x．保持温度不变，若初始加入的SO₂、O₂和SO₃的物质的量分别为a、b、c，当a、b、c的取值满足①a+c=2（填a与c的关系）、②b+$\frac{1}{2}$c=1（填b、c的关系）时，才能保证达到平衡时SO₃的体积分数仍为x．
（5）工业上用Na₂SO₃作为吸收液吸收尾气中的SO₂，当吸收液的pH降至约为6时，需送至电解槽再生．再生示意图如图：
①HSO₃^-在阳极放电的电极反应式是SO₃^--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺．
②当阴极室中溶液pH升至8以上时，吸收液再生并循环利用．简述再生原理：发生电离：HSO₃^-?SO₃^2-+H⁺，氢离子在阴极上得到电子生成H₂，c（H⁺）降低，促使上述电离平衡正向移动，SO₃^2-与进入的Na⁺结合，吸收液得到再生．

Answer 1

分析 （1）平衡常数是指：一定温度下，可逆反应到达平衡时，生成物浓度系数幂乘积与反应物浓度系数次幂乘积的比；
（2）可逆反应到达平衡时，同种物质的正逆速率相等，各组分的浓度、含量保持不变，由此衍生的其它一些物理量不变，判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不再变化说明到达平衡；
（3）在SO₂和¹⁸O₂反应生成S¹⁸O₃的同时，S¹⁸O₃又分解生成S¹⁸O₂；
（4）若初始加入的SO₂、O₂和SO₃的物质的量分别为a、b、c，保证达到平衡时SO₃的体积分数仍为x，说明与原平衡为等效平衡，恒温恒容下，反应前后气体的体积不相等，按化学计量数转化到左边满足n（SO₂）=2mol、n（O₂）=1mol；
（5）①由示意图可知，HSO₃^-在阳极放电生成SO₄^2-；
②亚硫酸氢根离子电离得到氢离子与亚硫酸根离子，阴极上氢离子得电子发生还原反应，促进电离，溶液中钠离子向阴极移动，SO₃^2-与进入的Na⁺结合，吸收液得到再生．

解答 解：（1）2SO₂+O₂?2SO₃的平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）×c（{O}_{2}）}$，
故答案为：$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）×c（{O}_{2}）}$；
（2）a．应是2v（O₂）_正=v（SO₃）_逆 时，反应到达平衡状态，故a错误；
b．混合气体总质量不变，随反应进行混合气体总物质的量减小，平均相对分子质量增大，容器中气体的平均分子量不随时间而变化，说明到达平衡，故b正确；
c．混合气体总质量不变，容器的容积不变，容器中气体的密度始终不变，故c错误；
d．随反应进行混合气体总物质的量减小，容器中气体的分子总数不随时间而变化，说明到达平衡，故d正确，
故选：bd；
（3）在上述平衡体系中加入¹⁸O₂，SO₂和¹⁸O₂反应生成S¹⁸O₃的同时，S¹⁸O₃又分解生成S¹⁸O₂，平衡发生移动后，SO₂中¹⁸O的百分含量增加，
故答案为：增加；在SO₂和¹⁸O₂反应生成S¹⁸O₃的同时，S¹⁸O₃又分解生成S¹⁸O₂；
（4）若初始加入的SO₂、O₂和SO₃的物质的量分别为a、b、c，保证达到平衡时SO₃的体积分数仍为x，说明与原平衡为等效平衡，恒温恒容下，反应前后气体的体积不相等，按化学计量数转化到左边满足n（SO₂）=2mol、n（O₂）=1mol，即a+c=2，b+$\frac{1}{2}$c=1，
故答案为：a+c=2；b+$\frac{1}{2}$c=1；
（5）①由示意图可知，HSO₃^-在阳极放电生成SO₄^2-，阳极电极反应式为：SO₃^--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺，
故答案为：SO₃^--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺；
②发生电离：HSO₃^-?SO₃^2-+H⁺，氢离子在阴极上得到电子生成H₂，c（H⁺）降低，促使上述电离平衡正向移动，SO₃^2-与进入的Na⁺结合，吸收液得到再生，
故答案为：发生电离：HSO₃^-?SO₃^2-+H⁺，氢离子在阴极上得到电子生成H₂，c（H⁺）降低，促使上述电离平衡正向移动，SO₃^2-与进入的Na⁺结合，吸收液得到再生．

点评 本题考查化学平衡常数、平衡状态判断、可逆反应、等效平衡、电解原理应用等，题目比较综合，需要学生具备扎实的基础与灵活运用能力，难度中等．