Question

利用催化氧化反應將SO₂轉化為SO₃是工業上生產硫酸的關鍵步驟，已知
SO₂（g）＋O₂（g） SO₃（g）△H＝－98 kJ·mol^－1。
（1）某溫度下該反應的平衡常數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)，則反應開始時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，達到平衡后體積變為1.6 L，則SO₂的平衡轉化率為       。
（3）在（2）中的反應達到平衡后，改變下列條件，能使SO₂(g)平衡濃度比原來減小的是     （填字母）。
A保持溫度和容器體積不變，充入1.0 mol O₂
B保持溫度和容器內壓強不變，充入1.0 mol SO₃
C降低溫度
D移動活塞壓縮氣體
（4）若以右圖所示裝置，用電化學原理生產硫酸，寫出通入O₂電極的電極反應式為         。

（5）為穩定持續生產，硫酸溶液的濃度應維持不變，則通入SO₂和水的質量比為       。

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，故反應向正反應方向移動，正反應速率＞逆反應速率。
（2）根據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，達到平衡后體積變為1.6 L，可知反應后壓強變為原來的1.6L/2L=80%，故反應后的總物質的量為（2+1）×80%=2.4mol。
SO₂（g）＋1/2O₂（g）SO₃（g）
起始物質的量    2mol        1mol            0mol
變化物質的量    2a             a                2a
平衡物質的量   2-2a           1-a              2a  
故(2-2a)+(1-a)+2a="2.4mol" 則a=0.6mol，所以SO₂的轉化率為（2×0.6）mol/2mol×100%=60%
（3）A中加入反應物氧氣，反應向正反應方向進行，SO₂濃度降低。B中加入SO₂，反應向正反應方向進行，但SO₂轉化率降低，濃度升高。C中該反應為放熱反應，降低溫度，向正反應方向進行，SO₂濃度降低。D中活塞壓縮體積，平衡向正反應方向移動，但體積減小，濃度增大，故選擇A、C選項。
（4）O₂＋4e^－＋4H⁺＝2H₂O
（5）該反應的總反應方程式應為2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄，設加入SO₂的物質的量為a，加入H₂O的物質的量為b，所以有98a/[98a+18（b-a）] =0.5，則a：b=9：58。則二者的質量之比為16:29。