硫酸是一種重要的基本化工產品。接觸法制硫酸生產中的關鍵工序是SO₂的催化氧化：SO₂（g）+

1

2

O₂（g）

釩催化劑

SO₃（g）ΔH=-98kJ?mol^-1．回答下列問題：
（1）釩催化劑參與反應的能量變化如圖（a）所示，V₂O₅（s）與SO₂（g）反應生成VOSO₄（s）和V₂O₄（s）的熱化學方程式為：

2V₂O₅（s）+2SO₂（g）=2VOSO₄（s）+V₂O₄（s）ΔH=-351kJ?mol^-1

2V₂O₅（s）+2SO₂（g）=2VOSO₄（s）+V₂O₄（s）ΔH=-351kJ?mol^-1

。

（2）當SO₂（g）、O₂（g）和N₂（g）起始的物質的量分數分別為7.5%、10.5%和82%時，在0.5MPa、2.5MPa和5.0MPa壓強下，SO₂平衡轉化率α隨溫度的變化如圖（b）所示。反應在5.0MPa、550℃時的α=

0.975

0.975

，判斷的依據是

反應是氣體分子數減小的反應，壓強越大轉化率越大

反應是氣體分子數減小的反應，壓強越大轉化率越大

。影響α的因素有

壓強、溫度、投料比

壓強、溫度、投料比

。
（3）將組成（物質的量分數）為2m% SO₂（g）、m% O₂（g）和q% N₂（g）的氣體通入反應器，在溫度t、壓強p條件下進行反應。平衡時，若SO₂轉化率為α，則SO₃壓強為

2

αmp

100

-

αm

2

αmp

100

-

αm

，平衡常數K_p=

α

（

1

-

α

）

1

.

5

（

m

100

-

mα

p

）

0

.

5

α

（

1

-

α

）

1

.

5

（

m

100

-

mα

p

）

0

.

5

（以分壓表示，分壓=總壓×物質的量分數）。
（4）研究表明，SO₂催化氧化的反應速率方程為：v=k（

α

α

′

-1）^0.8（1-nα′）式中：k為反應速率常數，隨溫度t升高而增大；α為SO₂平衡轉化率，α′為某時刻SO₂轉化率，n為常數。在α′=0.90時，將一系列溫度下的k、α值代入上述速率方程，得到v～t曲線，如圖（c）所示。

曲線上v最大值所對應溫度稱為該α′下反應的最適宜溫度t_m．t＜t_m時，v逐漸提高；t＞t_m后，v逐漸下降。原因是

反應溫度升高，速率常數k增大使速率加快，但α降低造成速率v減小，t＜t_m時，k增大對v的提高大于α引起的降低；t＞t_m后，速率常數k增大小于α引起的降低

反應溫度升高，速率常數k增大使速率加快，但α降低造成速率v減小，t＜t_m時，k增大對v的提高大于α引起的降低；t＞t_m后，速率常數k增大小于α引起的降低

。