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(生产中保持恒温恒容条件):

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(生产中保持恒温恒容条件):
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______.
A.向装置中充入O2B.升高温度
C.向装置中充入N2D.向装置中充入过量的SO2
(2)恒温恒压,通入3mol SO2 和2mol O2及固体催化剂,平衡时容器内气体体积为起始时的90%.保持同一反应温度,在相同容器中,将起始物质的量改为 5mol SO2(g)、3.5mol O2(g)、1mol SO3(g),下列说法正确的是______
A.第一次平衡时反应放出的热量为294.9kJ
B.两次平衡SO2的转化率相等
C.两次平衡时的O2体积分数相等
D.第二次平衡时SO3的体积分数等于[2/9]
(3)500℃时将10mol SO2和5.0mol O2置于体积为1L的恒容密闭容器中,SO2转化为SO3的平衡转化率为0.95.则500℃时的平衡常数K=______.
(4)550℃,A、B表示不同压强下的平衡转化率(如图),通常工业生产中采用常压的原因是______,并比较不同压强下的平衡常数:K(0.10MPa)______K(1.0MPa).
macaiping 1年前 已收到1个回答 举报

gyz77 幼苗

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解题思路:(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)A、根据体积之比等于物质的量之比计算平衡时混合气体总的物质的量,再利用差量法计算参加反应的二氧化硫的物质的量,结合热化学方程式计算放出的热量;
B、恒温恒压,两次达到平衡状态相同分析计算判断;
C、恒温恒压,两次达到平衡状态相同分析判断
D、根据A计算可知,原平衡时SO3的体积分数为[1mol/4.5mol]=[2/9];
(3)依据化学平衡三段式计算平衡浓度,结合平衡常数概念计算;
(4)压强的增加引起SO2转化率的变化并不明显,所以工业上直接采用常压,平衡常数随温度变化;

(1)A.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A正确;
B.升高温度,化学平衡逆向移动,二氧化硫的转化率减小,故B错误.
C.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C错误;
D.向装置中充入过量的SO2,二氧化硫转化率降低,故D错误;
故选:A.
(2)由题意气体体积为起使时的90%,则反应后总的物质的量为起始时的90%,平衡时总物质的量为(3mol+2mol)×90%=4.5mol,则平衡时各组成物质的量变化为:
2SO2+O2⇌2SO3 物质的量减少△n
2 1 2 1
1mol 0.5mol 1mol (3mol+2mol)-4.5mol=0.5mol
此时放出的热量为196.6KJ×[0.5mol/1mol]=98.3KJ,故A错误;
B、2SO2+O2⇌2SO3
起始量(mol) 3 2 0
变化量(mol) x0.5x x
平衡量(mol)3-x2-0.5x x
反应后总的物质的量为起始时的90%,3-x+2-0.5x+x=4.5,x=1mol,二氧化硫转化率=[1mol/3mol]×100%=[1/3];
保持同一反应温度,在相同容器中,将起始物质的量改为 5mol SO2(g)、3.5mol O2(g)、1mol SO3(g),转化为起始量为6molSO2(g)、4molO2,恒压条件下两次平衡时等效平衡,平衡后二氧化硫应为4mol,转化率=[1mol/5mol]×100%=20%,故B错误;
C、依据B分析可知等效平衡状态,氧气体积分数相同,故C正确;
D、原平衡时SO3的体积分数为[1mol/4.5mol]=[2/9],故D正确;
故答案为:CD;
(3)500℃时将10mol SO2和5.0mol O2置于体积为1L的恒容密闭容器中,SO2转化为SO3的平衡转化率为0.95,反应的二氧化硫物质的量=9.5mol;
2SO2 +O2 ⇌2SO3
起始量(mol/L) 10 5 0
变化量(mol/L) 9.5 4.75 9.5
平衡量(mol/L) 0.5 0.25 9.5
则500℃时的平衡常数K=
9.52
0.52×0.25=1.444x103
故答案为:1.444x103
(4)从图象中可以看出,常压SO2就可以达到较高的转化率,压强的增加引起SO2转化率的变化并不明显,加压必须增大投资以解决增加设备和提供能量问题,所以工业上直接采用常压,平衡常数随温度变化,不随压强变化,平衡常数不变;
故答案为:常压下400~500°C,SO2转化率已经很高了,加压必须增大投资以解决增加设备和提供能量问题,=;

点评:
本题考点: 化学平衡的影响因素;化学平衡常数的含义.

考点点评: 本题考查了平衡影响因素,平衡计算分析,注意平衡建立和反应条件选择的方法和依据,平衡常数计算应用,掌握基础是关键,题目难度中等.

1年前

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