Question

13．工業(yè)上以黃鐵礦為原料生產(chǎn)硫酸，其中重要的一步是催化氧化（生產(chǎn)中保持恒溫恒容條件）：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
（1）生產(chǎn)中為提高反應(yīng)速率和SO₂的轉(zhuǎn)化率，下列措施可行的是A．
A．向裝置中充入O₂   B．升高溫度C．向裝置中充入N₂  D．向裝置中充入過量的SO₂
（2）500℃時，將10mol SO₂和5.0mol O₂置于體積為2L的恒容密閉容器中，反應(yīng)中數(shù)據(jù)如表所示：

時間/（min）	2	4	6	8
n（SO3）/（mol）	4.2	8.0	9.4	9.4

①反應(yīng)前4分鐘的平均速率v（O₂）=0.5mol/（L．min）．
②500℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=1636.3．（保留1位小數(shù)．）
（3）恒溫恒壓，通入3mol SO₂和2mol O₂及固體催化劑，平衡時容器內(nèi)氣體體積為起始時的90%．保持同一反應(yīng)溫度，在相同容器中，將起始物質(zhì)的量改為5mol SO₂、3.5mol O₂、1mol SO₃（g），下列說法正確的是CD．
A．第一次平衡時反應(yīng)放出的熱量為294.9kJ    B．兩次平衡SO₂的轉(zhuǎn)化率相等
C．兩次平衡時的O₂體積分數(shù)相等        D．第二次平衡時SO₃的體積分數(shù)等于$\frac{2}{9}$
（4）如果在500℃時向下列起始體積相同的密閉容器中充入2mol SO₂、1mol O₂，甲容器在反應(yīng)過程中保持壓強不變，乙容器保持體積不變，丙容器維持絕熱，三容器各自建立化學平衡．
①平衡常數(shù)：K （甲）＞K（丙） （填“＞”、“＜”或“=”下同），達到平衡時SO₂的轉(zhuǎn)化率：α（乙）＞α（丙）．
②達到平衡后，若向甲、乙兩容器中分別通入少量且等量Ar氣體，甲容器的化學平衡逆向移動，乙容器的化學平衡不移動．（填“正向”、“逆向”或“不”）

Answer 1

分析 （1）A．向裝置中充入O₂，氧氣濃度增大，反應(yīng)速率加快，平衡正向移動；
B．正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動；
C．向裝置中充入N₂，反應(yīng)混合物各組分濃度不變，平衡不移動；
D．向裝置中充入過量的SO₂，二氧化硫轉(zhuǎn)化率降低；
（2）①反應(yīng)前4分鐘，△n（O₂）=$\frac{1}{2}$△n（SO₃）=$\frac{1}{2}$×8mol=4mol，再根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（O₂）；
②6min到達平衡，平衡時三氧化硫為9.4mol，則：
            2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
起始量（mol）：10      5       0
變化量（mol）：9.4     4.7     9.4
平衡量（mol）：0.6     0.3     9.4
再根據(jù)K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）×c（{O}_{2}）}$計算平衡常數(shù)；
（3）保持同一反應(yīng)溫度，在相同容器中，將起始物質(zhì)的量改為5mol SO₂、3.5mol O₂、1mol SO₃（g），轉(zhuǎn)化到方程式左邊得到6mol SO₂、4mol O₂，與原平衡中起始物質(zhì)的量均為3：2，恒溫恒壓下，為等效平衡，平衡時相同物質(zhì)的含量、濃度相等．
A．恒溫恒壓下下，體積之比等于物質(zhì)的量之比，則平衡時混合氣體總物質(zhì)的量為（3mol+2mol）×90%=4.5mol，則：
             2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△n=1
起始量（mol）：3        2        0
變化量（mol）：1        0.5      1      5-4.5=0.5
平衡量（mol）：2        1.5      1
再結(jié)合熱化學方程式計算放出的熱量；
B．由A中計算可知，原平衡中二氧化硫的轉(zhuǎn)化率為$\frac{1}{3}$，改變起始投入量，與原平衡為等效平衡，結(jié)合平衡時同種物質(zhì)含量相等計算二氧化硫轉(zhuǎn)化率；
C．兩次平衡為等效平衡，平衡時同種物質(zhì)的含量相等；
D．兩次平衡為等效平衡，平衡時同種物質(zhì)的含量相等，結(jié)合A中可知平衡時三氧化硫體積分數(shù)；
（4）①甲為恒溫恒壓，丙為恒容絕熱，正反應(yīng)為放熱溶液，隨反應(yīng)進行丙中溫度升高，升溫平衡逆向移動，平衡常數(shù)減��；
乙為恒溫恒容，等效為在丙的基礎(chǔ)上降低溫度，平衡正向移動；
②甲為恒溫恒壓，通入氬氣，體積增大，混合物各組分濃度減小，等效為減小壓強，平衡向氣體體積增大方向移動；
乙為恒溫恒容，通入氬氣，混合物各組分濃度不變，平衡不移動．

解答 解：（1）A．向裝置中充入O₂，氧氣濃度增大，反應(yīng)速率加快，平衡正向移動，二氧化硫轉(zhuǎn)化率增大，故A正確；
B．升高溫度，反應(yīng)速率加快，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡逆向移動，二氧化硫轉(zhuǎn)化率減小，故B錯誤；
C．向裝置中充入N₂，反應(yīng)混合物各組分濃度不變，平衡不移動，二氧化硫轉(zhuǎn)化率不變，故C錯誤；
D．向裝置中充入過量的SO₂，反應(yīng)速率加快，但二氧化硫轉(zhuǎn)化率降低，故D錯誤，
故選：A；
（2）①反應(yīng)前4分鐘，△n（O₂）=$\frac{1}{2}$△n（SO₃）=$\frac{1}{2}$×8mol=4mol，則v（O₂）=$\frac{\frac{4mol}{2L}}{4min}$=0.5mol/（L．min），
故答案為：0.5mol/（L．min）；
②6min到達平衡，平衡時三氧化硫為9.4mol，則：
            2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
起始量（mol）：10      5        0
變化量（mol）：9.4     4.7      9.4
平衡量（mol）：0.6     0.3      9.4
500℃時平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）×c（{O}_{2}）}$=$\frac{（\frac{9.4}{2}）^{2}}{（\frac{0.6}{2}）^{2}×\frac{0.3}{2}}$=1636.3，
故答案為：1636.3；
（3）保持同一反應(yīng)溫度，在相同容器中，將起始物質(zhì)的量改為5mol SO₂、3.5mol O₂、1mol SO₃（g），轉(zhuǎn)化到方程式左邊得到6mol SO₂、4mol O₂，與原平衡中起始物質(zhì)的量均為3：2，恒溫恒壓下，為等效平衡，平衡時相同物質(zhì)的含量、濃度相等．
A．恒溫恒壓下下，體積之比等于物質(zhì)的量之比，則平衡時混合氣體總物質(zhì)的量為（3mol+2mol）×90%=4.5mol，則：
              2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△n=1
起始量（mol）：3         2         0
變化量（mol）：1         0.5       1     5-4.5=0.5
平衡量（mol）：2         1.5       1
故第一次平衡時反應(yīng)放出的熱量為196.6kJ×$\frac{1mol}{2mol}$=98.3 kJ，故A錯誤；
B．由A中計算可知，原平衡中二氧化硫的轉(zhuǎn)化率為$\frac{1}{3}$，改變起始投入量，與原平衡為等效平衡，設(shè)平衡時二氧化硫轉(zhuǎn)化為x，則：
             2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
起始量（mol）：4        3.5     1
變化量（mol）：4x        2x     2x
平衡量（mol）：4-4x     3.5-x   1+2x
則$\frac{4-4x}{8.5-2x}$=$\frac{2}{4.5}$，解得x=$\frac{1}{14}$，二氧化硫的轉(zhuǎn)化率減小，故B錯誤；
C．兩次平衡為等效平衡，平衡時氧氣體積分數(shù)相等，故C正確；
D．兩次平衡為等效平衡，平衡時同種物質(zhì)的含量相等，結(jié)合A中可知平衡時三氧化硫體積分數(shù)為$\frac{1mol}{4.5mol}$=$\frac{2}{9}$，故D正確，
故選：CD；
（4）①甲為恒溫恒壓，丙為恒容絕熱，正反應(yīng)為放熱溶液，隨反應(yīng)進行丙中溫度升高，升溫平衡逆向移動，平衡常數(shù)減小，則K （甲）＞K（丙），
乙為恒溫恒容，等效為在丙的基礎(chǔ)上降低溫度，平衡正向移動，達到平衡時SO₂的轉(zhuǎn)化率：α（乙）＞α（丙），
故答案為：＞；＞；
②甲為恒溫恒壓，通入氬氣，體積增大，混合物各組分濃度減小，等效為減小壓強，正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，平衡逆向移動的；
乙為恒溫恒容，通入氬氣，混合物各組分濃度不變，平衡不移動，
故答案為：逆向；不．

點評 本題考查化學平衡計算與影響因素，（3）中注意利用等效思想解答，關(guān)鍵是構(gòu)建平衡建立的途徑，難度中等．