Question

В сосуд объёмом 10 л при температуре –12°С поместили 10,5 мл жидкого SO2 (Ткип.= -10,6°С, плотность 1,462 г/мл), платиновый катализатор, заполнили воздухом (р = 1 атм.), герметично закрыли и нагрели до температуры 600°С. В результате прохождения реакции при этой температуре выделилось 13,70 кДж тепла. Определить константу равновесия реакции окисления сернистого газа. Чему равен выход серного ангидрида? Как изменить условия проведения реакции, чтобы повысить выход продукта? Теплоты образования О2, SO3 и SO2 в условиях проведения реакции равны соответственно: –16,9; –363,3 и –273,9 кДж/моль

Answer 1

SO2(г) + ½О2(г) ⇆ SO3(г)
ΔНх.р. = ΣΔНƒ прод. – ΣΔНƒ исх. в-в, с учетом стехиометрических коэффициентов.
ΔНх.р.= ΔНƒ SO3(г) – ΔНƒ SO2(г) – ½ΔНƒ О2 = –363,3 – (–273,9) – ½(–16,9) = – 80,95 кДж/моль
Кол-во образовавшегося SO3:
n(SO3, равн.) = –Q/ΔНх.р. = 13,70 / 80,95 = 0,1692 моль

m(SO2, исх.) = V ∙ ρ
n(SO2, исх.) = m/М = V ∙ ρ/М = 10,5 мл ∙ 1,462 г/мл / 64,06 г/моль = 0,2380 моль
n(SO2, равн.) = 0,2380 – 0,1692 моль = 0,0688 моль

pV=nRT
n(O2, исх.) = pV/RT = 1 атм ∙ 10 л / (0,0821 л∙атм/моль∙К ∙ 261 К) = 0,4667 моль
n(O2, равн.) = 0,4667 – 0,1692 / 2 = 0,3821 моль

Равновесные концентрации:
С=n/V
[SO3] = 0,1692 моль/10 л = 0,01692 моль/л
[SO2] = 0,0688 моль/10 л = 0,00688 моль/л
[O2] = 0,3821 моль/10 л = 0,03821 моль/л

Кс = [SO3]/([SO2]∙√[O2]) = 0,01692 / (0,00688 ∙ √0,03821) = 12,58
(для уравнения 2SO2(г) + О2(г) ⇆ 2SO3(г) ΔНх.р.= 2∙(– 80,95)=– 161,9 кДж/моль и Кс = 12,58² = 158,3).

Если бы реакция была необратимой, то теоретически можно было получить 0,2380 моль SO3. Выход серного ангидрида:
η(SO3) = 0,1692 / 0,2380 = 0,7109 (71,09%)

Чтобы повысить выход SO3, следует повысить давление, обеспечить избыток кислорода, отводить образующуюся теплоту (охлаждать сосуд) и выводить образованный SO3 из сосуда