Question

可逆反应2SO₂(g)+O₂(g)⇌2SO₃(g)是硫酸工业中非常重要的一个反应，因该反应中使用催化剂而被命名为接触法制硫酸。

(1)某温度下，使用V₂O₅进行反应：2SO₂(g)+O₂(g)⇌2SO₃(g)，在保证O₂(g)的浓度不变的条件下，增大容器的体积，平衡____(填字母代号)。

A.向正反应方向移动    B.不移动    C.向逆反应方向移动    D.无法确定

(2)使用V₂O₅催化该反应时，涉及到催化剂V₂O₅的热化学反应有：

①V₂O₅(s)+SO₂(g)⇌V₂O₄(s)+SO₃(g)    ∆H₁=+59.6kJ/mol

②2V₂O₄(s)+O₂(g)⇌2V₂O₅(s)        ∆H₂=-314.4kJ/mol

向10L密闭容器中加入V₂O₄(s)、SO₂(g)各1mol及一定量的O₂，改变加入O₂的量，在常温下反应一段时间后，测得容器中V₂O₄、V₂O₅、SO₂和SO₃的量随反应前加入O₂的变化如图所示，图中没有生成SO₃的可能原因是_________________。

(3)向一保持常压的密闭容器中加入V₂O₅(s)、SO₂(g)各0.6mol，O₂(g)0.3mol，此时容器的体积为10L，分别在T₁、T₂两种温度下进行反应，测得容器中SO₂的转化率如图所示。

①T₂时，2SO₂(g)+O₂(g)⇌2SO₃(g)的平衡常数K=________。

②下列说法正确的是_________。

A.T₁＜T₂

B.若向该容器通入高温He(g)(不参加反应，高于T₂)，SO₃的产率将减小，仅因为温度升高，平衡向逆方向移动

C.合成硫酸的设备中，在接触室合成SO₃需要高压设备

D.依据反应装置所能承受的最高温度定为此反应温度

③在比T₂更高的温度T₃下，反应②平衡向左移动，生成更多的V₂O₄固体会覆盖在V₂O₅固体的表面上，该因素对反应①影响超过了温度因素的影响。请在图中画出在T₃下，α(SO₂)在0～t₁时刻的变化图(0～t₁时刻之间已经平衡)________。

Answer

B 常温下，V2O5(s)+SO2(g)⇌V2O4(s)+SO3(g)和2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g)反应都很慢 AC

【解析】

(1) T2时使用V2O5进行反应：2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g)，实际上反应的过程为①V2O5(s)+SO2(g)⇌V2O4(s)+SO3(g)

②2V2O4(s)+O2(g)⇌2V2O5(s)

反应①为反应前后气体物质的量不变的反应，增大容器的体积，即减小压强，平衡不移动，对于反应②，由于氧气的浓度不变，则平衡也不移动，故2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g)不移动，故答案为：B；

(2) 由图像可知，随反应前加入O2里的变化，SO2未参与反应，V2O4逐渐减少，V2O5逐新增多，由此可知，容器中发生反应2V2O4(s)+O2(g)⇌2V2O5(s)，而反应V2O5(s)+SO2(g)⇌V2O4(s)+SO3(g)和2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g)几乎没有发生，可能是在常温下反应都很慢，则没有生成SO3，故答案为：常温下，V2O5(s)+SO2(g)⇌V2O4(s)+SO3(g)和2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g)反应都很慢；

(3)①由图像可知，在T2温度下，该反应达到平衡状态时，SO2的转化率为90%，则SO2的转化量为0.54mol，可列出三段式（单位为mol）为：

，则平衡时气体总物质的量为0.06mol+0.03mol+0.54mol=0.63mol，设平衡时容器的体积为V，根据恒温恒压下，气体的体积之比等于物质的量之比可得：，解得，V=7L，则该反应的平衡常数K=，故本题答案为：；

②A．由图像可知，在T2温度下，该反应先达到平衡状态，则反应速率更大，且该反应正向为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，SO2的转化率低，则T2温度更高，则T1＜T2，A正确；

B．通入高温He，相当于加热，同时容器的体积增大，相当于减小压强，平衡均左移，产率减小，B错误

C．在接触室增大压强，有利于合成SO3，所以需要高压设备，C正确；

D．为了安全起见，反应温度应低于反应装置所能承受的最高温度定，D错误；

故本题答案为：AC；

③在比T2更高的温度T3下，反应②平衡向左移动，转化率降低，同时生成更多的V2O4固体会覆盖在V2O5固体的表面上，该因素对反应①影响超过了温度因素的影响，所以反应速率也降低。所以在T3下，α(SO2)在0～t1时刻的变化图(0～t1时刻之间已经平衡)为：，故本题答案为：；