Question

已知體積為2L的恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），請根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的有關(guān)原理同答下列問題

（1）一定條件下，充入2mol SO₂（g）和2mol O₂（g），20s后，測得SO₂的體積百分含量為12.5%，則用SO₂表示該反應(yīng)在這20s內(nèi)的反應(yīng)速率為

 

，此時，該密閉容器內(nèi)混合氣體的壓強是反應(yīng)前的

 

倍．
（2）下面的敘述可作為判斷（1）中可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)依據(jù)的是（填序號）

 

．
①v_正（SO₂）=2v_正（O₂）           ②混合氣體的密度不變
③混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變    ④各氣體的濃度都不再發(fā)生變化
（3）圖1表示該反應(yīng)的速率（v）隨時間（t）的變化的關(guān)系．則下列不同時間段中，SO₃的百分含量最高的是

 

A、t₀→t₁      B、t₂→t₃     C、t₃→t₄     D、t₅→t₆
據(jù)圖分析：你認為t₃時改變的外界條件可能是

 

；t₆時保持體積不變向體系中充入少量SO₃，再次平衡后SO₂的體積百分含量比t₆時

 

（填“大”、“小”或“等于”）．
（4）圖2中P是可自由平行滑動的活塞．在相同溫度時，向A容器中充入4mol SO₃（g），關(guān)閉K，向B容器中充入2mol SO₃（g），兩容器分別發(fā)生反應(yīng)．已知起始時容器A和B的體積均為aL．試回答：
①反應(yīng)達到平衡時容器B的體積為1.2a L，容器B中SO₃轉(zhuǎn)化率為

 

②若打開K，一段時間后重新達到平衡，容器B的體積為

 

L（連通管中氣體體積忽略不計，且不考慮溫度的影響）．
（5）已知單質(zhì)硫的燃燒熱為△H=-296kJ/mol，經(jīng)測定由S（s）生成120gSO₃（g）可放熱592.5kJ，請寫出SO₂（g）氧化生成SO₃（g）的熱化學(xué)方程式

 

．

Answer 1

分析：（1）設(shè)出二氧化硫的轉(zhuǎn)化率，根據(jù)SO₂的體積百分含量計算出轉(zhuǎn)化率，再計算出達到平衡時各組分的濃度，根據(jù)反應(yīng)速率的表達式計算出用SO₂表示該反應(yīng)在這20s內(nèi)的反應(yīng)速率；根據(jù)氣體的物質(zhì)的量之比等于壓強之比計算出反應(yīng)前后壓強關(guān)系；
（2）可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各組分的濃度、百分含量不再變化，據(jù)此進行判斷；
（3）根據(jù)圖1各時間段中，改變反應(yīng)條件后化學(xué)平衡的移動方向判斷三氧化硫的物質(zhì)的量變化；根據(jù)正逆反應(yīng)速率變化判斷改變的條件；根據(jù)加入三氧化硫達到的平衡，與原平衡相比，相當于增大了壓強分析；
（4）根據(jù)恒溫恒壓條件下，氣體的物質(zhì)的量之比等于容器的容積之比計算出消耗的三氧化硫的物質(zhì)的量；根據(jù)等效平衡的知識判斷6mol三氧化硫達到平衡時容器的體積，然后計算出打開K后容器B的體積；
（5）根據(jù)題中的反應(yīng)熱寫出反應(yīng)的熱化學(xué)方程式，然后利用蓋斯定律寫出SO₂（g）氧化生成SO₃（g）的熱化學(xué)方程式．

解答：解：（1）設(shè)二氧化硫的轉(zhuǎn)化率為x，則
              2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
開始（mol）：2        2         0
開始（mol）：2x        x         2x
平衡（mol）：2-2x    2-x         2x
20s后，測得SO₂的體積百分含量為12.5%，相同條件下，氣體的 體積分數(shù)等于物質(zhì)的量分數(shù)，即：

2-2x

2-2x+(2-x)+2x

×100%=12.5%，解得x=0.8，
反應(yīng)消耗的二氧化硫的物質(zhì)的量為：2mol×0.8mol=1.6mol，用SO₂表示該反應(yīng)在這20s內(nèi)的反應(yīng)速率為：v（SO₂）=

1.6mol 2L

20s

=0.04mol/（L?s）；
達到平衡時混合氣體的物質(zhì)的量為：（2-1.6）mol+（2-0.8）mol+1.6mol=3.2mol，氣體的體積之比等于物質(zhì)的量之比，該密閉容器內(nèi)混合氣體的壓強與反應(yīng)前壓強之比為：

3.2mol

4mol

=0.8，
故答案為：0.04mol/（L?s）；0.8；
（2）①v_正（SO₂）=2v_正（O₂）在這個反應(yīng)中是不管是否達到平衡狀態(tài)一直存在，無法判斷是否達到平衡狀態(tài)，故①錯誤；
②混合氣體的密度也是時刻不變的，因為反應(yīng)前后都是氣體，質(zhì)量守恒，而且體積是固定的，故②錯誤；
③該反應(yīng)前后質(zhì)量一定，但是正向是氣體物質(zhì)的量減小的方向，因此這是達到平衡的一個重要標志，故③正確；
④各氣體的濃度不再變化時，說明正逆反應(yīng)速率相等，達到了平衡狀態(tài)，故④正確；
故選③④；
（3）A、t₀→t₁ 時反應(yīng)達到了初始平衡狀態(tài)；
 B、t₂→t₃，在t₁時正逆反應(yīng)速率都增大，且逆反應(yīng)速率大于正反應(yīng)速率，平衡向著逆向移動，說明是升高了溫度，三氧化硫的含量減小，小于t₀→t₁；
C、t₃→t₄，正逆反應(yīng)速率都增大且相等，說明使用了催化劑，化學(xué)平衡不移動，三氧化硫的含量不變，與t₂→t₃相等；
D、t₅→t₆，正逆反應(yīng)速率都減小，正反應(yīng)速率減小的更多，平衡向著逆向移動，說明是減小了壓強，三氧化硫的含量減小，小于t₃→t₄，
所以三氧化硫的含量最高的為t₀→t₁；
t₃時正逆反應(yīng)速率都增大，且相等，說明使用了催化劑；
t₆時保持體積不變向體系中充入少量SO₃，相當于知道了壓強，達到平衡時二氧化硫轉(zhuǎn)化率增大，二氧化硫的百分含量減小，所以再次平衡后SO₂的體積百分含量比t₆時減小，
故答案為：A；加入催化劑；減��；
（4）①反應(yīng)達到平衡時容器B的體積為1.2a L，B為恒壓條件下，容器的容積與氣體的物質(zhì)的量成正比，說明達到平衡時氣體的物質(zhì)的量為反應(yīng)前的1.2倍，即平衡時混合氣體的物質(zhì)的量為2.4mol，氣體物質(zhì)的量之間了0.2mol，設(shè)反應(yīng)消耗了三氧化硫nmol，則
 2SO₃（g）?2SO₂（g）+O₂（g）△n
  2          2       1       1mol
  n                        0.4mol
n=0.8mol，三氧化硫的轉(zhuǎn)化率為：

0.8mol

2mol

×100%=40%，
故答案為：40%；
②若打開K，一段時間后重新達到平衡，在恒溫恒壓條件下，與向B中進入6mol三氧化硫達到的平衡為等效平衡，所以達到平衡時整個容器的容積為：

6mol

2mol

×1.2a=3.6a，所以容器B的體積為：3.6a-a=2.6a，
故答案為：2.6a；
（5）根據(jù)硫的燃燒熱可以寫成熱化學(xué)方程式：①S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=-296 KJ?mol^-1，
120g三氧化硫的物質(zhì)的量為1.5mol，由S（s）生成120gSO₃（g）可放熱592.5kJ，生成3mol三氧化硫可以放出1185 kJ熱量，
反應(yīng)的出熱化學(xué)方程式為：②3S（s）+

9

2

O₂（g）=3SO₃（g）△H=-1185 KJ?mol^-1，
則利用蓋斯定律將②÷3-①可得：SO₂（g）+

1

2

O₂（g）=SO₃（g）△H=-99 KJ?mol^-1，
故答案為：SO₂（g）+

1

2

O₂（g）=SO₃（g）△H=-99 KJ?mol^-1．

點評：本題考查了化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡圖象的綜合應(yīng)用、化學(xué)平衡的計算、熱化學(xué)方程式的書寫、化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷等知識，題目難度較大，試題內(nèi)容較多，充分考查了學(xué)生對所學(xué)知識的掌握情況．