利用催化氧化反应将SO2转化为SO3是工业上生产硫酸的关键步骤,已知
SO2(g)+O2(g) SO3(g)△H=-98 kJ·mol-1。
(1)某温度下该反应的平衡常数K=,若在此温度下,向100 L的恒容密闭容器中,充入3.0 mol
SO2(g)、16.0 mol O2(g)和3.0 mol SO3(g),则反应开始时v正 v逆(填“<”、“>”或“=”)。
(2)一定温度下,向一带活塞的体积为2 L的密闭容器中充入2.0 mol SO2和1.0 molO2,达到平衡后体积变为1.6 L,则SO2的平衡转化率为 。
(3)在(2)中的反应达到平衡后,改变下列条件,能使SO2(g)平衡浓度比原来减小的是 (填字母)。
A保持温度和容器体积不变,充入1.0 mol O2
B保持温度和容器内压强不变,充入1.0 mol SO3
C降低温度
D移动活塞压缩气体
(4)若以右图所示装置,用电化学原理生产硫酸,写出通入O2电极的电极反应式为 。
(5)为稳定持续生产,硫酸溶液的浓度应维持不变,则通入SO2和水的质量比为 。
(1)>
(2)60%
(3)A、C
(4)O2+4e-+4H+=2H2O
(5)16:29
(1)向100 L的恒容密闭容器中,充入3.0 mol SO2(g)、16.0 mol O2(g)和3.0 mol SO3(g),可得K`=,K`<K,故反应向正反应方向移动,正反应速率>逆反应速率。
(2)根据SO2(g)+O2(g)SO3(g),体积为2 L的密闭容器中充入2.0 mol SO2和1.0
molO2,达到平衡后体积变为1.6 L,可知反应后压强变为原来的1.6L/2L=80%,故反应后的总物质的量为(2+1)×80%=2.4mol。
SO2(g)+1/2O2(g)SO3(g)
起始物质的量 2mol 1mol 0mol
变化物质的量 2a a 2a
平衡物质的量 2-2a 1-a 2a
故(2-2a)+(1-a)+2a="2.4mol" 则a=0.6mol,所以SO2的转化率为(2×0.6)mol/2mol×100%=60%
(3)A中加入反应物氧气,反应向正反应方向进行,SO2浓度降低。B中加入SO2,反应向正反应方向进行,但SO2转化率降低,浓度升高。C中该反应为放热反应,降低温度,向正反应方向进行,SO2浓度降低。D中活塞压缩体积,平衡向正反应方向移动,但体积减小,浓度增大,故选择A、C选项。
(4)O2+4e-+4H+=2H2O
(5)该反应的总反应方程式应为2SO2+O2+2H2O=2H2SO4,设加入SO2的物质的量为a,加入H2O的物质的量为b,所以有98a/[98a+18(b-a)] =0.5,则a:b=9:58。则二者的质量之比为16:29。