Question

利用催化氧化反應(yīng)將SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃是工業(yè)上生產(chǎn)硫酸的關(guān)鍵步驟，已知
SO₂（g）＋O₂（g） SO₃（g）△H＝－98 kJ·mol^－1。
（1）某溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝，若在此溫度下，向100 L的恒容密閉容器中，充入3.0 mol
SO₂(g)、16.0 mol O₂(g)和3.0 mol SO₃(g)，則反應(yīng)開(kāi)始時(shí)v_正        v_逆（填“＜”、“＞”或“＝”）。
（2）一定溫度下，向一帶活塞的體積為2 L的密閉容器中充入2.0 mol SO₂和1.0 molO₂，達(dá)到平衡后體積變?yōu)?.6 L，則SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率為       。
（3）在（2）中的反應(yīng)達(dá)到平衡后，改變下列條件，能使SO₂(g)平衡濃度比原來(lái)減小的是     （填字母）。
A保持溫度和容器體積不變，充入1.0 mol O₂
B保持溫度和容器內(nèi)壓強(qiáng)不變，充入1.0 mol SO₃
C降低溫度
D移動(dòng)活塞壓縮氣體
（4）若以右圖所示裝置，用電化學(xué)原理生產(chǎn)硫酸，寫出通入O₂電極的電極反應(yīng)式為         。

（5）為穩(wěn)定持續(xù)生產(chǎn)，硫酸溶液的濃度應(yīng)維持不變，則通入SO₂和水的質(zhì)量比為       。

Answer 1

（1）＞
（2）60%
（3）A、C
（4）O₂＋4e^－＋4H⁺＝2H₂O
（5）16:29

（1）向100 L的恒容密閉容器中，充入3.0 mol SO₂(g)、16.0 mol O₂(g)和3.0 mol SO₃(g)，可得K`=，K`＜K，故反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動(dòng)，正反應(yīng)速率＞逆反應(yīng)速率。
（2）根據(jù)SO₂（g）＋O₂（g）SO₃（g），體積為2 L的密閉容器中充入2.0 mol SO₂和1.0
molO₂，達(dá)到平衡后體積變?yōu)?.6 L，可知反應(yīng)后壓強(qiáng)變?yōu)樵瓉?lái)的1.6L/2L=80%，故反應(yīng)后的總物質(zhì)的量為（2+1）×80%=2.4mol。
SO₂（g）＋1/2O₂（g）SO₃（g）
起始物質(zhì)的量    2mol        1mol            0mol
變化物質(zhì)的量    2a             a                2a
平衡物質(zhì)的量   2-2a           1-a              2a  
故(2-2a)+(1-a)+2a="2.4mol" 則a=0.6mol，所以SO₂的轉(zhuǎn)化率為（2×0.6）mol/2mol×100%=60%
（3）A中加入反應(yīng)物氧氣，反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，SO₂濃度降低。B中加入SO₂，反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，但SO₂轉(zhuǎn)化率降低，濃度升高。C中該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度，向正反應(yīng)方向進(jìn)行，SO₂濃度降低。D中活塞壓縮體積，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，但體積減小，濃度增大，故選擇A、C選項(xiàng)。
（4）O₂＋4e^－＋4H⁺＝2H₂O
（5）該反應(yīng)的總反應(yīng)方程式應(yīng)為2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄，設(shè)加入SO₂的物質(zhì)的量為a，加入H₂O的物質(zhì)的量為b，所以有98a/[98a+18（b-a）] =0.5，則a：b=9：58。則二者的質(zhì)量之比為16:29。