Question

4．（1）二氧化硫的催化氧化的過程如圖1所示，

其中a、c二步的化學方程式可表示為：SO₂+V₂O₅?SO₃+V₂O₄ 4VOSO₄+O₂?2V₂O₅+4SO₃．該反應的催化劑是V₂O₅（寫化學式）
（2）壓強及溫度對SO₂轉(zhuǎn)化率的影響如下表（原料氣各成分的體積分數(shù)為：SO₂ 7%，O₂ 11%，N₂ 82%）：

壓強/MPa 溫度/℃	0.1	0.5	1	10
400	99.2%	99.6%	99.7%	99.9%
500	93.5%	96.9%	97.8%	99.3%
600	73.7%	85.8%	89.5%	96.4%

當合成SO₃的反應達到平衡后，改變某一外界條件（不改變SO₂、O₂和SO₃的量），反應速率與時間的關系如圖2所示．圖中t₁時引起平衡移動的條件可能是增大壓強其中表示平衡混合物中SO₃的含量最高的一段時間是t₂-t₃．
（3）550℃時，SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃的平衡轉(zhuǎn)化率（α）與體系總壓強（p）的關系如右圖3所示．將2.0mol SO₂和1.0mol O₂置于5 L密閉容器中，反應達平衡后，體系總壓強為0.10M Pa．試計算反應2SO₃?2SO₂+O₂ 在550℃時的平衡常數(shù)K=2.5×10^-3．
反應達平衡后，下列措施中能使n（SO₃）/n（SO₂）增大的是CD
A．升高溫度                      B．充入He（g），使體系總壓強增大
C．再充入2mol SO₂和1mol O₂       D．再充入1mol SO₂和1mol O₂
（4）SO₃溶于水得到硫酸．在25°C下，將x mol•L^-1的氨水與y mol•L^-1的硫酸等體積混合，反應后溶液中顯中性，則c（NH₄⁺）=2c（SO₄^2-）（填“＞”、“＜”或“=”）；用含x和y的代數(shù)式表示出氨水的電離平衡常數(shù)$\frac{2×1{0}^{-7}y}{x-2y}$．

Answer 1

分析 （1）二步的化學方程式可表示為：SO₂+V₂O₅?SO₃+V₂O₄，4VOSO₄+O₂?2V₂O₅+4SO₃，過程分析可知催化劑室改變反應速率參與反應過程，但化學性質(zhì)和質(zhì)量不變；
（2）根據(jù)圖象分析影響平衡的因素；
（3）根據(jù)化學平衡計算的三段式進行計算，壓強之比等于物質(zhì)的量之比，依據(jù)平衡常數(shù)概念計算；依據(jù)條件改變和化學平衡移動方向分析判斷選項；
（4）將x mol•L^-1的氨水與ymol•L^-1的硫酸等體積混合，反應后溶液顯中性，根據(jù)電荷守恒，溶液中c（OH^-）=1×10^-7mol/L，根據(jù)K=$\frac{c（N{H}_{4}^{+}）×c（O{H}^{-}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$計算．

解答 解：（1）依據(jù)圖1中的轉(zhuǎn)化關系和化學方程式分析，V₂O₅參與反應先做氧化劑把二氧化硫氧化為三氧化硫，本身被還原為圖中產(chǎn)物V₂O₄；根據(jù)氧化還原反應的實質(zhì)寫出并配平a步化學方程式SO₂+V₂O₅?SO₃+V₂O₄；C是VOSO₄轉(zhuǎn)化為SO₃，此過程需要重新生成催化劑V₂O₅，故答案為：V₂O₅；
（2）2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），反應是放熱反應，反應前后氣體體積減小，依據(jù)反應速率與時間的關系圖象分析，t₁時正逆反應速率都增大，平衡正向移動，引起平衡移動的條件可能是增大壓強；由于t3時逆反應速率大于正反應速率，平衡向逆反應方向移動，所以平衡混合物中SO₃的含量最高的一段時間是t₂-t₃，故答案為：增大壓強；t₂-t₃；
（3）體系總壓強為0.10M Pa，此時二氧化硫的轉(zhuǎn)化率為80%
             2SO₂ +O₂ $\frac{\underline{催化劑}}{△}$ 2SO₃
起始量（mol）  2      1          0
變化量 （mol）2×0.8  0.8     2×0.8
平衡量 （mol） 0.4   0.2        1.6
平衡時各物質(zhì)的濃度為：[SO₂]=0.08mol/L，[O₂]=0.04mol/L，[SO₃]=0.32mol/L 代入平衡常數(shù)的計算式得到
平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）c（{O}_{2}）}$=$\frac{0.3{2}^{2}}{0.0{8}^{2}×0.04}$=400 L•mol^-1，
則反應2SO₃?2SO₂+O₂ 在550℃時的平衡常數(shù)K=$\frac{1}{400}$=2.5×10^-3 ；
2SO₂+O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$2SO₃，反應是氣體體積減小的放熱反應，依據(jù)平衡移動原理分析；
A．升高溫度，平衡逆向進行，n（SO₃）/n（SO₂）比值減小，故A不符合；      
B．充入He（g），使體系總壓強增大，分壓不變，平衡不動，n（SO₃）/n（SO₂）比值不變，故B不符合；
C．再充入2mol SO₂和1mol O₂，相當于增大壓強平衡正向進行，n（SO₃）/n（SO₂）比值增大，故C符合；
D．再充入1mol SO₂和1mol O₂，二氧化硫轉(zhuǎn)化率增大，n（SO₃）/n（SO₂）比值增大，故D符合；
故答案為：2.5×10^-3；CD；
（4）溶液呈中性，c（H⁺）=c（OH^-），電荷守恒得：c（NH₄⁺）+c（H⁺）=2c（SO₄^2-）+c（OH^-），所以c（NH₄⁺）=2c（SO₄^2-），將x mol•L^-1的氨水與ymol•L^-1的硫酸等體積混合，反應后溶液顯中性，溶液中c（OH^-）=1×10^-7mol/L，
溶液中c（NH₄⁺）=2c（SO₄^2-）=ymol/L，混合后反應前c（NH₃•H₂O）=$\frac{x}{2}$mol/L，則反應后c（NH₃•H₂O）=（$\frac{x}{2}$-y）mol/L，
則K=$\frac{c（N{H}_{4}^{+}）×c（O{H}^{-}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$=$\frac{y×1×1{0}^{-7}}{\frac{x}{2}-y}$=$\frac{2×1{0}^{-7}y}{x-2y}$，故答案為：=；$\frac{2×1{0}^{-7}y}{x-2y}$．

點評 本題考查化學平衡的影響因素，催化劑作用分析，平衡常數(shù)計算應用，題目難度不大，注意計較兩容器的不同狀態(tài)，從壓強對平衡移動的影響角度分析．