Question

【題目】可逆反應2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)是硫酸工業(yè)中非常重要的一個反應，因該反應中使用催化劑而被命名為接觸法制硫酸。

(1)使用 V2O5 催化該反應時，涉及到催化劑 V2O5 的熱化學反應有：

①V2O5 (s)＋SO2 (g)V2 O4 (s)＋SO3 (g) △H1＝＋59．6kJ·mol－1

②2V2O4(s)＋O2(g)2V2O5(s) △H2＝-314．4kJ·mol-1

則2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) △H3＝_____，若降低溫度，該反應速率會_____（填“增大”或“減小”）

(2)向 10 L 密閉容器中加入 V2O4(s)、SO2(g)各 1 mol 及一定量的 O2，改變加入 O2 的量，在常溫下反應一段時間后，測得容器中 V2O4、V2O5、SO2 和 SO3 的量隨反應前加入 O2 的變化如圖甲所示，圖中沒有 生成 SO3 的可能原因是____________________________________________________。

(3)向 10 L 密閉容器中加入 V2O5(s)、SO2(g)各 0.6mol，O2(g)0.3mol，保持恒壓的條件下 分別在 T1、T2、T3 三種溫度下進行反應，測得容器中 SO2 的轉化率如圖乙所示。

①T1 _____T2(填“>”或“<”)。

②T2時，2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)的平衡常數(shù)K＝_____。若向該容器通入高溫 He(g)（不參加反應，高于T2），SO3 的產(chǎn)率將______選填“增大”“減小”“不變”“無法確定”），理由是_____。

③結合化學方程式及相關文字，解釋反應為什么在 T3 條件下比 T2 條件下的速率慢：__________。

(4)T2 時使用 V2O5 進行反應：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，在保證 O2(g)的濃度不變的條件下，增大容器的體積，平衡_____（填字母代號）。

A．向正反應方向移動 B．不移動 C．向逆反應方向移動 D．無法確定

Answer 1

【答案】-195.2kJ/mol 減小 常溫下，V2O5 (s)＋SO2 (g)V2 O4 (s)＋SO3 (g)和2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)反應都很慢 ＜ 1.89×104 減小 該反應為氣體體積減小的放熱反應，通入高溫He相當于加熱；同時容器的體積增大，相當于減小壓強，平衡均左移，產(chǎn)率減小 該反應正向為放熱反應，平衡時溫度越高，SO2的轉化率越低，故T3比T2高，高溫下，反應②平衡向左移動，生成的V2O4固體覆蓋在V2O5固體的表面，減小了V2O5與SO2氣體的接觸面積，使得V2O5 (s)＋SO2 (g)V2 O4 (s)＋SO3 (g)的反應速率降低 B

【解析】

(1)結合已知熱化學方程式，根據(jù)蓋斯定律進行計算；

(2)由圖像可知，隨反應前加入 O2 量的變化，SO2未參與反應，V2O4逐漸減少，V2O5逐漸增多，根據(jù)反應條件和反應方程式分析反應的發(fā)生；

(3)①溫度越高，反應速率越大；

②由圖像可知，在T2溫度下，該反應達到平衡狀態(tài)時，SO2的轉化率為90%，則可列出三段式，計算平衡時氣體總物質的量，再根據(jù)恒溫恒壓下，氣體的體積之比等于物質的量之比可得，計算平衡時容器的體積，從而計算平衡時氣體的濃度，進而計算該反應的平衡常數(shù)；通入高溫He相當于加熱，同時容器的體積會增大，再結合平衡移動規(guī)律分析；

③結合平衡移動規(guī)律以及V2O5催化反應2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)的歷程分析原因；

(4)根據(jù)V2O5催化反應2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)的歷程分析。

(1)已知熱化學方程式①V2O5 (s)＋SO2 (g)V2 O4 (s)＋SO3 (g) △H1＝＋59.6kJ·mol－1；②2V2O4(s)＋O2(g)2V2O5(s) △H2＝-314.4kJ·mol-1；根據(jù)蓋斯定律可知，由2×①+②可得目標方程式2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，則△H3＝2△H1+△H2＝＋59.6kJ·mol－1×2-314.4kJ·mol-1=-195.2kJ/mol，降低溫度，反應速率會減小，故答案為：-195.2kJ/mol；減小；

(2)由圖像可知，隨反應前加入 O2 量的變化，SO2未參與反應，V2O4逐漸減少，V2O5逐漸增多，由此可知，容器中發(fā)生反應2V2O4(s)＋O2(g)2V2O5(s)，而反應V2O5 (s)＋SO2 (g)V2 O4 (s)＋SO3 (g)和2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)幾乎沒有發(fā)生，可能是在常溫下反應都很慢，則沒有生成SO3，故答案為：常溫下，V2O5 (s)＋SO2 (g)V2 O4 (s)＋SO3 (g)和2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)反應都很慢；

(3)①由圖像可知，在T2溫度下，該反應先達到平衡狀態(tài)，則反應速率更大，且該反應正向為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，SO2的轉化率降低，則T2溫度更高，故答案為：＜；

②由圖像可知，在T2溫度下，該反應達到平衡狀態(tài)時，SO2的轉化率為90%，則SO2的轉化量為0.54mol，可列出三段式(單位為mol)，則平衡時氣體總物質的量為0.06mol+0.03mol+0.54mol=0.63mol，設平衡時容器的體積為V，根據(jù)恒溫恒壓下，氣體的體積之比等于物質的量之比可得，，解得，V=7L，則該反應的平衡常數(shù)；由于該反應為氣體體積減小的放熱反應，通入高溫He相當于加熱，同時容器的體積會增大，相當于減小壓強，平衡均左移，產(chǎn)率減小，故答案為：1.89×104；減小；該反應為氣體體積減小的放熱反應，通入高溫He相當于加熱，同時容器的體積增大，相當于減小壓強，平衡均左移，產(chǎn)率減小；

③該反應正向為放熱反應，平衡時溫度越高，SO2的轉化率越低，故T3比T2高，高溫下，反應②平衡向左移動，生成的V2O4固體覆蓋在V2O5固體的表面，減小了V2O5與SO2氣體的接觸面積，使得V2O5 (s)＋SO2 (g)V2 O4 (s)＋SO3 (g)的反應速率降低，故答案為：該反應正向為放熱反應，平衡時溫度越高，SO2的轉化率越低，故T3比T2高，高溫下，反應②平衡向左移動，生成的V2O4固體覆蓋在V2O5固體的表面，減小了V2O5與SO2氣體的接觸面積，使得V2O5 (s)＋SO2 (g)V2 O4 (s)＋SO3 (g)的反應速率降低；

(4)T2 時使用 V2O5 進行反應：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，實際上反應的過程為①V2O5 (s)＋SO2 (g)V2 O4 (s)＋SO3 (g)，②2V2O4(s)＋O2(g)2V2O5(s)，反應①為反應前后氣體物質的量不變的反應，增大容器的體積，即減小壓強，平衡不移動，對于反應②，由于氧氣的濃度不變，則平衡也不移動，故2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)不移動，故答案為：B。