Question

(14分)工业制硫酸时，利用催化氧化反应将SO₂转化为SO₃是一个关键的步骤。

（1）一定条件下，SO₂可发生反应：SO₂(g)+ O₂(g) SO₃(g)  △H=﹣98kJ·mol^﹣1。

①某温度下，在100 L的恒容密闭容器中开始加入4.0 mol SO₂(g)和10.0 mol O₂(g)，当反应达到平衡时共放出热量196 kJ，该温度下平衡常数K=_______(用分数表示)。

②上述反应按照相同的物质的量投料，测得SO₂在不同温度下的平衡转化率a％与压强的关系如下图所示。下列说法正确的是_______(填序号)。

A．温度：T₃>T₂>T₁

B．正反应速率：v(c)>v(a)，v(b)>v(d)

C．平衡常数：K(a)>k(c)，K(b)=K(d)

D．平均摩尔质量：M(a)>M(c)，M(b)>M(d)

③上述反应达平衡后，保持温度和容器的压强不变，若再通入一定量SO₃(g)，则SO₂的体积分数_______(填“增大”、“减小”、“不变”)。

（2）某人设想以下图所示装置用电化学原理模拟生产硫酸：

①通入O₂的电极是________极。

②写出通入SO₂的电极的电极反应式：_______________

③若此过程中转移了0.2mol电子，则质子膜两侧电解液的质量变化差(△m左﹣△m右)为________g(忽略气体的溶解)。

Answer

(14分)（1）①10/3（2分）；②A、B、C、D（4分）；③不变（2分）；

（2）①正（2分）；②SO2-2e-+2H2O=SO42-+4H+（2分）；③4.4（2分）。

【解析】

试题分析：（1） ①根据热化学方程式可知1molSO2完全发生反应：SO2(g)+ O2(g) SO3(g) ，放出热量是Q=98kJ。现在当反应达到平衡时共放出热量196 kJ，则反应的SO2(g)的物质的量是2mol，则平衡时各种物质的浓度分别是c(SO2)=c(SO3)= 2mol ÷100L=0.02mol/L，c(O2)=9mol÷100L=0.09mol/L，所以化学平衡常数是；②A.由于该反应的正反应是放热反应，在压强不变时，升高温度，平衡向吸热的逆反应方向移动，反应物的转化率降低，所以根据图像可知温度T3>T2>T1，选项A正确；B．升高温度，化学反应速率加快，由于温度T3>T2>T1，所以正反应速率：v(c)>v(a)，在温度不变时，增大压强反应速率加快，由于压强b>d，所以v(b)>v(d)，正确；C．化学平衡常数只与温度有关，由于b、d温度相同所以平衡常数：K(b)=K(d)，由于该反应的正反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，化学平衡常数减小。由于温度c>a，所以化学平衡常数K(a)>k(c)，正确；D．由于该反应的正反应是气体体积减小的放热反应。升高温度，平衡逆向移动，气体的物质的量增大，所以减小，温度c>a，所以平均摩尔质量：M(a)>M(c)，在温度不变时，增大压强，平衡向气体体积减小的正反应方向移动。压强b>d，所以平均相对分子质量M(b)>M(d)，正确。选项是A、B、C、D。③上述反应达平衡后，保持温度和容器的压强不变，若再通入一定量SO3(g)，则重新建立的平衡与原平衡等效，因此SO2的体积分数不变；（2） ①该装置构成原电池，通入O2的电极是正极，正极发生反应：O2+4e-+4H+=2H2O。]②通入SO2的电极是负极，发生发生反应：SO2-2e-+2H2O=SO42-+4H+；总反应方程式是：O2+2SO2+2H2O=2SO42-+4H+。③根据总反应方程式可知转移2mol电子，左侧吸收1molSO2，同时有2molH+通过交换膜进入右侧，则左侧增加质量是64g-2g=62g，右侧质量增加了1molO原子和2molH+，右侧质量增加二氯16g+2g=18g，质子膜两侧电解液的质量变化差(△m左﹣△m右)=62g-18g=44g，因此若此过程中转移了0.2mol电子，则质子膜两侧电解液的质量变化差(△m左﹣△m右)为4.4g。

考点：考查化学反应速率、化学平衡移动、原电池反应原理的知识。