Question

硫及其化合物在生产生活中有重要的应用：

已知I.SO₃(g)+H₂O(l)=H₂SO₄(aq)△H₁=-130kJ/mol

I.H₂O(g)=H₂O(l)△H₂=-44kJ/mol

I.2H₂SO₄(aq)=-2H₂O(g)+2SO₂(g)+O₂(g)△H₃=+545kJ/mol。

请回答下列问题：

(1)写出2SO₂(g)+O₂(g)2SO₃(g)△H=______kJ/mol。

(2)一定温度下，在2L的恒容密闭容器中通入2molSO₂(g)和1molO₂(g)发生反应2SO₂(g)+O₂(g)2SO₃(g)，5min后达到平衡状态，压强为原来的。从开始到平衡，v(SO₃)=______________，O₂的平衡转化率为_______。

(3)在500℃时，起始压强为100kPa的恒温恒压条件下，平衡时SO₃的体积分数随起始投料的变化如图所示，则a=_______，用平衡压强(该物质的体积分数×总压强)代替平衡浓度，则500℃时，该反应的K_p=________。

(4)在V₂O₃作催化剂的条件下SO₂(g)与O₂(g)的反应历程如下：

I：_______________；II：O₂+4VO₂=2V₂O₅

写出第1步反应的化学方程式：__________________。

Answer

-197 0.1mol·L-1·min-1 50% 2 0.05 SO2+V2O5=SO3+2VO2

【解析】

根据盖斯定律计算总反应热，根据化学平衡三段式计算转化率和反应速率，在同温同体积时，压强之比等于物质的量之比，据此计算平衡常数。

(1)根据盖斯定律可知，2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)△H=(+130 kJ/mol +44 kJ/mol)×2-545 kJ/mol =-197kJ/mol。

(2)一定温度下，在2L的恒容密闭容器中通入2molSO2(g)和1molO2(g)发生反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)，5min后达到平衡状态，压强为原来的。在同温同体积时，压强之比等于物质的量之比，即物质的量为原来的，设反应到平衡氧气消耗了xmol，由此列三段式：

根据题目可知，，即x=0.5，故从开始到平衡，v(SO3)=mol·L-1·min-1，O2的平衡转化率为50%。

(3)在500℃时，起始压强为100kPa的恒温恒压条件下，体积之比等于物质的量之比，平衡时SO3的体积分数为40%为体积分数最大值，根据反应系数可知，起始投料=a=2，设起始氧气的物质的量为ymol，到达平衡氧气消耗了mmol，则列三段式，

即平衡时SO3的体积分数为 ，即y=2m，则氧气最终占20%，三氧化硫最终占40%，用平衡压强(该物质的体积分数×总压强)代替平衡浓度，则500℃时，该反应的Kp=。

(4)已知总反应为2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)，故在V2O3作催化剂的条件下SO2(g)与O2(g)的2步分反应，反应历程如下：I：SO2+V2O5=SO3+2VO2；II：O2+4VO2=2V2O5。