硫酸的消费量常被作为国家工业发展水平的一种标志.工业合成硫酸最重要一步:2SO2(g)+O2 (g)⇌2SO3(g)△H<0.在一定条件下,将2mol SO2(g) 和1mol O2 (g) 充入2L密闭容器中,反应从起始到平衡后压强变为原来的11/15.回答下列问题:
(1)下表为2SO2(g)+O2 (g)⇌2SO3(g)反应的温度和压强对SO2转化率的影响:
压强/MPa 温度/℃ | 0.1 | 0.5 | 1 | 10 | 常压为1.01x105 =101kPa =0.1MPa |
400 | 99.2% | 99.6% | 99.7% | 99.9% | |
500 | 93.5% | 96.9% | 97.8% | 98.7% | |
600 | 73.7% | 85.8% | 89.5% | 96.4% |
(2)请计算题干条件下SO2的平衡转化率及SO3(g)⇌SO2(g)+1/2O2 (g)的平衡常数,写出计算过程(最后一步不必算出精确数值):
(1)分析表中数据,压强在0.1MPa时转化率已很大,并且增大压强转化率变化不大,加压对设备要求高、增大投资和能耗,无需较高压强,
故答案为:0.1 MPa;常压时SO2的转化率已经很高,若加压对设备要求高、增大投资和能耗;
(2)设O2的物质的量变化为x.
2SO2(g)+O2 (g)⇌2SO3(g)
n(起始)mol 2 1 0
△n(变化)mol 2x x 2x
n(平衡)mol 2-2x 1-x 2x
则:
=2-2x+1-x+2x 2+1 11 15
解得:x=0.8mol
SO2的转化率为:
×100%=80%0.8mol×2 2mol
该反应2SO2(g)+O2 (g)⇌2SO3(g) 平衡时的各物质的浓度为:
c(SO2)=(2mol-2×0.8mol)÷2L=0.2mol/L,
c(SO3)=2×0.8mol÷2L=0.8mol/L,
c(O2)=(1mol-0.8mol)÷2L=0.1mol/L,
则平衡常数为:k=
=c(SO3)2 c(SO2)2•c(O 2)
=160L/mol(0.8mol/L)2 (0.2mol/L)2×0.1mol/L
故SO3(g)⇌SO2(g)+
O2 (g)的平衡常数为:k′=1 2
=1 k
=1 160L/mol
mol1 160
L-1 2
)1 2
答:SO2的平衡转化率为80%,平衡常数为
mol1 160
L-1 2
).1 2