Question

13．工業(yè)上生產硫酸最重要的一步是SO₂的催化氧化，反應原理如下：2SO₂（g）+O₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1；某學生為了模擬上述實驗，在體積為10L的密閉容器中充入一定量的SO₂與O₂并用氣體傳感器測得不同時刻的SO₂與O₂的濃度如下表：

時間/min	0	2	4	6	8	10	12
c（SO2）/mol•L-1	0.04	0.024	0.012	0.006	0.004	0.002	0.002
c（O2）/mol•L-1	0.04	0.032	0.026	0.023	0.022	0.021	0.021

試回答：（1）該反應前2min內的平均反應速率υ（O₂）=0.004mol•L^-1•min^-1；
（2）上述反應的平衡常數的表達式為K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）•c（{O}_{2}）}$；
（3）上述反應達到平衡時，放出的熱量為37.354kJ；
（4）為了提高反應速率和SO₂的轉化率，下列措施可行的是c（填字母）；
a．在容積不變的情況下充入SO₂      b．使用更高效的催化劑
c．在容積不變的情況下充入0.2molSO₂和0.2molO₂   d．升高溫度
（5）硫酸工業(yè)的尾氣是主要大氣污染物，有人欲設計利用SO₂分解生成S和O₂的方法除去SO₂，已知：SO₂（g）=S（s）+O₂（g）△H＞0、△S＜0，試判斷此反應不能（填“能”或“不能”）自發(fā)進行，其依據是△H＞0△S＜0，則在任何溫度下△G＞0，不可能自發(fā)進行．

Answer 1

分析 （1）根據υ=$\frac{△c}{△t}$進行計算求解；
（2）平衡常數的表達式為平衡時生成的濃度冪之積比上反應物濃度冪之積；
（3）10min時反應達平衡狀態(tài)，由2SO₂（g）+O₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1可知，1mol的氧氣完全反應放出熱量為：196.6kJ，而平衡時消耗氧氣的量為：（0.04-0.021）mol•L^-1×10L=0.19mol，由此分析解答；
（4）為了提高反應速率和SO₂的轉化率，改變外界條件，使平衡正向移動，由此分析解答；
（5）根據G=△H-T•△S判斷反應能否自發(fā)進行．

解答 解：（1）該反應前2min內的平均反應速率υ（O₂）=$\frac{（0.04-0.032）mol•{L}^{-1}}{2min}$=0.004mol•L^-1•min^-1，故答案為：0.004mol•L^-1•min^-1；
（2）平衡常數的表達式為K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）•c（{O}_{2}）}$，故答案為：$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）•c（{O}_{2}）}$；
（3）10min時反應達平衡狀態(tài)，由2SO₂（g）+O₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1可知，1mol的氧氣完全反應放出熱量為：196.6kJ，而平衡時消耗氧氣的量為：（0.04-0.021）mol•L^-1×10L=0.19mol，所以放出的熱量為0.19mol×196.6kJ/mol=37.354kJ，故答案為：37.354；
（4）a．在容積不變的情況下充入SO₂，平衡正向移動，但本身轉化率降低，故錯誤；     
b．使用更高效的催化劑，平衡不移動，故錯誤；
c．在容積不變的情況下充入0.2molSO₂和0.2molO₂，相當于增大壓強，平衡正向移動，二氧化硫的轉化率增大，故正確；  
d．升高溫度，平衡逆向移動，二氧化硫的轉化率減小，故錯誤；
故選c；
（5）SO₂（g）=S（s）+O₂（g）△H＞0、△S＜0，根據G=△H-T•△S，G＞0，不能實現，故答案為：不能；△H＞0△S＜0，則在任何溫度下△G＞0，不可能自發(fā)進行．

點評 本題考查化學反應的速率、化學平衡常數表達式、化學平衡的移動和反應的自發(fā)性等，題目難度中等，注意相關知識的積累．