Question

6．在450℃并有催化劑存在下，于一容積恒定的密閉容器內(nèi)進(jìn)行下列反應(yīng)：
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-190kJ•mol^-1
（1）該反應(yīng)500℃時(shí)的平衡常數(shù)＜450℃時(shí)的平衡常數(shù)（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）450℃時(shí)，在一2L密閉容器中，將二氧化硫和氧化混合，反應(yīng)過(guò)程中SO₂、O₂、SO₃物質(zhì)的量變化如圖，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)的時(shí)間是15～20min和25～30min．
（3）據(jù)圖判斷，反應(yīng)進(jìn)行至20min時(shí)，曲線發(fā)生變化的原因是增大O₂濃度（或通入O₂）（用文字表達(dá)），10min到15min的曲線變化的原因可能是AB（填字母）．
A．加了催化劑              B．縮小容器體積
C．降低溫度                D．增加SO₃物質(zhì)的量
（4）欲提高SO₂的轉(zhuǎn)化率，下列措施可行的是b．（填字母）
a．向裝置中再充入N₂         b．向裝置中再充入O₂
c．改變反應(yīng)的催化劑          d．升高溫度
（5）利用圖中數(shù)據(jù)計(jì)算450℃時(shí)反應(yīng)進(jìn)行至15min時(shí)，SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率為：20%．
（6）450℃時(shí)，另一2L容積不變的密閉容器中，測(cè)得某時(shí)刻各物質(zhì)的量如下：
n（SO₂）=0.4mol，n（O₂）=0.2mol，n（SO₃）=0.8mol，則此時(shí)該反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行（填“正反應(yīng)方向”“逆反應(yīng)方向”或“處于平衡狀態(tài)”）．

Answer 1

分析 （1）化學(xué)反應(yīng)2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-190kJ•mol^-1是放熱反應(yīng)，升溫，平衡逆向進(jìn)行，平衡常數(shù)減小；
（2）反應(yīng)混合物各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變化，說(shuō)明反應(yīng)處于平衡狀態(tài)；
（3）由圖可知，反應(yīng)進(jìn)行至20min時(shí)，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，瞬間只有氧氣的濃度增大；由圖可知，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，10min到15min反應(yīng)混合物單位時(shí)間內(nèi)的變化量增大，說(shuō)明反應(yīng)速率增大，10min改變瞬間，各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變．據(jù)此結(jié)合選項(xiàng)分析；
（4）提高二氧化硫轉(zhuǎn)化率，平衡正向進(jìn)行，依據(jù)平衡移動(dòng)原理分析判斷；
（5）依據(jù)圖象分析SO₂物質(zhì)的量從0.2mol變化為0.16mol，結(jié)合轉(zhuǎn)化率概念計(jì)算；
（6）平衡常數(shù)隨溫度變化，通過(guò)圖象數(shù)據(jù)計(jì)算平衡常數(shù)，依據(jù)反應(yīng)過(guò)程的濃度商和平衡常數(shù)比較分析判斷．

解答 解：（1）2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-190kJ•mol^-1，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進(jìn)行，平衡常數(shù)減小，所以該反應(yīng)500℃時(shí)的平衡常數(shù)小于該反應(yīng)400℃時(shí)的平衡常數(shù)，故答案為：＜；
（2）反應(yīng)混合物各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變化，說(shuō)明反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，由圖可知在15-20min和25～30 min出現(xiàn)平臺(tái)，各組分的物質(zhì)的量不變，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，
故答案為：15-20min和25～30 min；
（3）由圖可知，反應(yīng)進(jìn)行至20min時(shí)，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，瞬間只有氧氣的濃度增大，應(yīng)是增大O₂濃度（通入O₂）；
由圖可知，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，10min到15min反應(yīng)混合物單位時(shí)間內(nèi)的變化量增大，說(shuō)明反應(yīng)速率增大，10min改變瞬間，各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變．
A．加了催化劑，增大反應(yīng)速率，故A正確；
B．縮小容器體積，增大壓強(qiáng)，增大反應(yīng)速率，故B正確；
C．降低溫度反應(yīng)速率降低，故C錯(cuò)誤；
D．10min改變瞬間，各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變，不是增加SO₃的物質(zhì)的量，故D錯(cuò)誤；
故答案為：增大O₂濃度（通入O₂）；AB；
（4）欲提高SO₂的轉(zhuǎn)化率，平衡正向進(jìn)行，
a．向裝置中再充入N₂，恒溫恒容容器，總壓增大，分壓不變，平衡不動(dòng)，故a不符合；
b．兩種反應(yīng)物增加一種會(huì)提高另一種的轉(zhuǎn)化率，向裝置中再充入O₂，二氧化硫轉(zhuǎn)化率增大，故b符合；
c．改變反應(yīng)的催化劑，改變反應(yīng)速率但不改變化學(xué)平衡，故二氧化硫轉(zhuǎn)化率不變，故c不符合；
d．反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向進(jìn)行，二氧化硫轉(zhuǎn)化率減小，故d不符合；
故答案為：b；
（5）利用圖中數(shù)據(jù)計(jì)算450℃時(shí)反應(yīng)進(jìn)行至15min時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，SO₂物質(zhì)的量從0.2mol變化為0.16mol，轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.2mol-0.16mol}{0.2mol}$×100%=20%，故答案為：20%；
（6）圖象分析，450°C，反應(yīng)進(jìn)行至15min時(shí)，達(dá)到平衡狀態(tài)，n（SO₂）=0.16mol；n（O₂）=0.08mol；n（SO₃）=0.04mol；
各物質(zhì)的濃度為：c（SO₂）=0.08mol/L；c（O₂）=0.04mol/L；c（SO₃）=0.02mol/L；
則化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）•c（{O}_{2}）}$=$\frac{0.0{2}^{2}}{0.0{8}^{2}×0.04}$=1.56L/mol；
450℃時(shí)，另一2L容積不變的密閉容器中，測(cè)得某時(shí)刻各物質(zhì)的量為n（SO₂）=0.4mol，n（O₂）=0.2mol，n（SO₃）=0.8mol，則各物質(zhì)的濃度為：c（SO₂）=0.2mol/L，c（O₂）=0.1mol/L，c（SO₃）=0.4mol/L；
濃度商為：Qc=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）•c（{O}_{2}）}$=$\frac{0．{4}^{2}}{0．{2}^{2}×0.1}$=40＞K，所以反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，
故答案為：向逆反應(yīng)方向．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)平衡的特征、化學(xué)平衡的判斷、平衡常數(shù)的概念、計(jì)算應(yīng)用，圖象分析和數(shù)據(jù)應(yīng)用能力，化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷是高考的熱點(diǎn)，注意化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，與其他物理量無(wú)關(guān)，題目難度中等．