Question

【題目】二氧化硫的催化氧化是工業(yè)上生產(chǎn)硫酸的主要反應(yīng)，反應(yīng)如下：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) △H1=－197.7kJ·mol－1 K1(濃度平衡常數(shù))

為研究該反應(yīng)，某同學(xué)設(shè)計了以下三種已裝固體V2O3催化劑的密閉容器裝置

(1)在初始體積與溫度相同的條件下，甲、乙、丙中均按2 mol SO2、1molO2投料，達平衡時，三個容器中SO2的轉(zhuǎn)化率從大到小的順序為___________________(用“甲、乙、丙”表示)。

(2)在容器丙中，0.1MPa條件下，在不同溫度或不同投料方式下研究上述反應(yīng)得到數(shù)據(jù)如下表：

①表中：a=___________；b=___________。

②已知用平衡分壓(分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))代替平衡濃度計算，得到的平衡常數(shù)即為壓強平衡常數(shù)，則Kp1___________Kp2(填“>”、“<”或“=”)。

③451℃，若按0.4 mol SO2、0.4molO2、0.4 mol SO3進行投料，則反應(yīng)開始時v正(SO2)_______v逆(SO2)(填“>”、“<”或“=”)。

Answer 1

【答案】丙＞甲＞乙 118.62kJ 40% ＞ ＞

【解析】

(1)對于2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)△H1=-197.7kJmol-1，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度、增大壓強，可使平衡正向移動，增大SO2的轉(zhuǎn)化率，結(jié)合三個容器平衡時的溫度和壓強的變化分析判斷；

(2)對比A、B中數(shù)據(jù)，可知A、B為等效平衡狀態(tài)，C相當(dāng)于在A的基礎(chǔ)上升高溫度，結(jié)合壓強平衡常數(shù)的計算方法分析解答。

(1)對于2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)△H1=-197.7kJmol-1，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，乙為絕熱容器，平衡后，溫度乙高于甲，降低溫度，可使平衡正向移動，SO2的轉(zhuǎn)化率增大，則轉(zhuǎn)化率甲＞乙；該反應(yīng)后氣體的物質(zhì)的量減少，丙恒壓，平衡后壓強丙大于甲，增大壓強，可使平衡正向移動，SO2的轉(zhuǎn)化率增大，則轉(zhuǎn)化率丙＞甲，因此轉(zhuǎn)化率丙＞甲＞乙，故答案為：丙＞甲＞乙；

(2)①根據(jù)方程式2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)可知，A、B為等效平衡，且反應(yīng)互為可逆反應(yīng)，則a=197.7kJ-79.08kJ=118.62kJ，正逆反應(yīng)轉(zhuǎn)化率之和為1，則b=1-60%=40%，故答案為：118.62kJ；40%；

②2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)△H1=-197.7kJmol-1，C的溫度比A高，升高溫度，平衡逆向移動，平衡常數(shù)減小，則Kp1＞Kp2，故答案為：＞；

③根據(jù)A可知，轉(zhuǎn)化率為60%，則

2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)

起始：2mol 1mol 0

轉(zhuǎn)化：1.2mol 0.6mol 1.2mol

平衡：0.8mol 0.4mol 1.2mol，

用平衡分壓(分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))代替平衡濃度計算，得到的平衡常數(shù)即為壓強平衡常數(shù)，則Kp1==135MPa-1；

若按0.4molSO2、0.4molO2、0.4molSO3進行投料，此時=30 MPa-1＜135MPa-1，則反應(yīng)正向進行，即反應(yīng)開始時v正(SO2)＞v逆(SO2)，故答案為：＞。