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高中化学
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综合题
1.
(2020高二上·杭州月考)
硫酸是一种重要的基本化工产品,接触法制硫酸生产中的关键工序是SO
2
的催化氧化:SO
2
(g)+
O
2
(g)
SO
3
(g) Δ
H
=−98 kJ·mol
−1
。回答下列问题:
(1) 钒催化剂参与反应的能量变化如图所示,V
2
O
5
(s)与SO
2
(g)反应生成VOSO
4
(s)和V
2
O
4
(s)的热化学方程式为:
。
(2) 当SO
2
(g)、O
2
(g)和N
2
(g)起始的物质的量分数分别为7.5%、10.5%和82%时,在0.5MPa、2.5MPa和5.0MPa压强下,SO
2
平衡转化率
α
随温度的变化如图所示。反应在5.0MPa、550℃时的
α
=
,影响α的因素有
。
(3) 将组成(物质的量分数)为2m% SO
2
(g)、m% O
2
(g)和q% N
2
(g)的气体通入反应器,在温度t、压强
p
条件下进行反应。平衡时,若SO
2
转化率为
α
, 则SO
3
压强为
,平衡常数
K
p
=
(以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。
(4) 研究表明,SO
2
催化氧化的反应速率方程为:
v
=
k
(
−1)
0.8
(1−
nα'
)。式中:
k
为反应速率常数,随温度
t
升高而增大;
α
为SO
2
平衡转化率,
α'
为某时刻SO
2
转化率,n为常数。在
α'
=0.90时,将一系列温度下的
k
、
α
值代入上述速率方程,得到
v
~
t
曲线,如图所示。
曲线上
v
最大值所对应温度称为该
α
'下反应的最适宜温度
t
m
。
t
<
t
m
时,
v
逐渐提高;
t
>
t
m
后,
v
逐渐下降。原因是
。
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