Question

2．工業(yè)制硫酸生產(chǎn)流程如圖：

（1）造氣即將黃鐵礦（主要成分FeS₂）在沸騰爐中充分煅燒，煅燒時(shí)將黃鐵礦粉碎的目的是增大固體接觸面積，提高反應(yīng)速率．
（2）在催化反應(yīng)室中發(fā)生的可逆反應(yīng)為：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），△H＜0．下列措施中有利于提高SO₂平衡轉(zhuǎn)化率的有cd．（填寫(xiě)編號(hào)）
a．減少壓強(qiáng)         b．升高溫度     c．不斷補(bǔ)充空氣       d．及時(shí)分離出SO₃
（3）在450℃、常壓和釩催化條件下，在容積為VL的恒容容器中加入2n molSO₂和n molO₂，判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志是bc．（填寫(xiě)編號(hào)）
a．SO₂和SO₃濃度相等  b．SO₂百分含量保持不變  
c．容器中氣體的壓強(qiáng)不變  d．SO₃的生成速率與SO₂的消耗速率相等
反應(yīng)達(dá)平衡后測(cè)得平衡常數(shù)為K，此時(shí)O₂的轉(zhuǎn)化率為x，則K和x的關(guān)系滿足K=$\frac{V{x}^{2}}{n（1-x）^{3}}$；．
（4）圖1、2表示該SO₂和O₂的反應(yīng)在時(shí)刻t₁達(dá)到平衡、在時(shí)刻t₂因改變某個(gè)條件而發(fā)生變化的情況：圖1中時(shí)刻t₂發(fā)生改變的條件是加入催化劑．圖2中時(shí)刻t₂發(fā)生改變的條件是降低溫度．

Answer 1

分析 （1）黃鐵礦粉碎會(huì)增大反應(yīng)物的接觸面積加快反應(yīng)速度；
（2）提高SO₂平衡轉(zhuǎn)化率，促進(jìn)化學(xué)平衡向右移動(dòng)，根據(jù)化學(xué)平衡移動(dòng)影響因素判斷；
（3）根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)特征判斷分析，達(dá)到平衡時(shí)，一是等，二是定：
等是指v正=v逆，同一種物質(zhì)：該物質(zhì)的生成速率等于它的消耗速率；不同的物質(zhì)：速率之比等于方程式中各物質(zhì)的計(jì)量數(shù)之比，但必須是不同方向的速率；
定是指各成分含量保持不變：各組成成分的質(zhì)量、物質(zhì)的量、分子數(shù)、體積（氣體）、物質(zhì)的量濃度均保持不變；各組成成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)、氣體的體積分?jǐn)?shù)均保持不變；若反應(yīng)前后的物質(zhì)都是氣體，且總體積不等，則氣體的總物質(zhì)的量、總壓強(qiáng)（恒溫、恒容）、平均摩爾質(zhì)量、混合氣體的密度（恒溫、恒壓）均保持不變；
平衡常數(shù)K根據(jù)“三段式”來(lái)進(jìn)行計(jì)算得出；
（4）根據(jù)外界條件對(duì)化學(xué)平衡的影響判斷，圖1中t₂正逆反應(yīng)速率同時(shí)同等程度增大，對(duì)于2SO₂+O₂?2SO₃，使用催化劑才能實(shí)現(xiàn)正逆反應(yīng)速率同時(shí)同等程度增大；圖2中時(shí)刻t₂ SO₃濃度增大，SO₂濃度減小，即化學(xué)平衡向右移動(dòng)，從溫度、壓強(qiáng)對(duì)平衡的影響進(jìn)行分析．

解答 解：（1）反應(yīng)物接觸面積越大，反應(yīng)越劇烈，黃鐵礦粉碎會(huì)增大反應(yīng)物的接觸面積，加快反應(yīng)速度，
故答案為：增大固體的接觸面積，提高反應(yīng)速率；
（2）提高SO₂平衡轉(zhuǎn)化率，促進(jìn)化學(xué)平衡向右移動(dòng)，
a．正反應(yīng)方向氣體體積減小，減小壓強(qiáng)，化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，故a錯(cuò)誤；
b．正反應(yīng)方向放熱，升高溫度，化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，故b錯(cuò)誤；
c．增大氧氣濃度，化學(xué)平衡向右移動(dòng)，故c正確；
d．減小生成物濃度，化學(xué)平衡向右移動(dòng)，故d正確；
故答案為：cd；
（3）a．SO₂和SO₃濃度相等，并不能說(shuō)明各物質(zhì)濃度不變，不能判斷是否平衡，故a錯(cuò)誤；
b．SO₂百分含量保持不變，即各物質(zhì)濃度不再發(fā)生變化，達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，故b正確；
c．反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不同，容器中氣體的壓強(qiáng)不變，則達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，故c正確；
d．SO₃的生成速率與SO₂的消耗速率相等，均為正反應(yīng)方向，不能判斷正逆反應(yīng)速率是否相等，不能判斷是否平衡，故d錯(cuò)誤；
故選bc；
  根據(jù)題意：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），
初始物質(zhì)的量：2n         n         0
變化物質(zhì)的量：2nx        nx       2nx         
平衡物質(zhì)的量：2n-2nx     n-nx      2nx
則平衡常數(shù)為K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）•c（{O}_{2}）}$=$（\frac{2nx}{V}）^{2}$÷$（\frac{2n-2nx}{V}）^{2}$÷$（\frac{n-nx}{V}）$=$\frac{V{x}^{2}}{n（1-x）^{3}}$，
故答案為：bc； $\frac{V{x}^{2}}{n（1-x）^{3}}$；
（4）圖1中，t₂正逆反應(yīng)速率同時(shí)同等程度增大，由于反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不同，增大壓強(qiáng)化學(xué)平衡發(fā)生移動(dòng)，即正逆反應(yīng)速率變化程度不同，所以外界條件只能為加入催化劑，圖2中時(shí)刻t₂SO₃濃度增大，SO₂濃度減小，即化學(xué)平衡向右移動(dòng)，又由于在t₂時(shí)，二者濃度不變，即壓強(qiáng)不變，或者說(shuō)，不是因?yàn)閴簭?qiáng)變化而導(dǎo)致平衡的移動(dòng)，只能為溫度的影響，所以條件為降低溫度，
故答案為：加入催化劑；降低溫度．

點(diǎn)評(píng) 本題是一道綜合性的考題，涉及化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡常數(shù)、化學(xué)平衡的移動(dòng)以及v-t圖的知識(shí)，難度較大，綜合性強(qiáng)．