Question

8．在一定條件下，二氧化硫和氧氣發(fā)生如下反應(yīng)：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H＜0．查閱資料知SO₃熔點(diǎn)16.83℃，沸點(diǎn)44.8℃．
（1）600℃時(shí)，在一密閉容器中，將二氧化硫和氧氣混合，反應(yīng)過程中SO₂，O₂，SO₃物質(zhì)的量變化如圖1．
①該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式 K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）×c（{O}_{2}）}$
②該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行的原因是該反應(yīng)為放熱反應(yīng)．
③據(jù)圖1判斷，該反應(yīng)處于平衡狀態(tài)的時(shí)間是15-20min、25-30min．
④據(jù)圖1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了0.01molO₂（用文字表達(dá)）．

（2）某化學(xué)研究學(xué)習(xí)小組用圖2的裝置組裝設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，以測定SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃的轉(zhuǎn)化率，儀器的連接順序是a→h→i→b→c→f→g→d→e．
①為提高SO₂的轉(zhuǎn)化率，實(shí)驗(yàn)時(shí)Ⅰ處滴入濃硫酸與Ⅱ處加熱催化劑的先后順序是先加熱Ⅱ處催化劑．
②在Ⅰ處用大火加熱燒瓶時(shí)SO₂的轉(zhuǎn)化率會(huì)減�。�（填“填大”“不變”或“減小”）
③用n mol Na₂SO₃粉末與足量濃硫酸進(jìn)行此實(shí)驗(yàn)，當(dāng)反應(yīng)結(jié)束時(shí)，繼續(xù)通入O₂一段時(shí)間后，稱得Ⅲ處增重mg，則本實(shí)驗(yàn)中SO₂的轉(zhuǎn)化率為$\frac{64n-m}{64}$×100%．

Answer 1

分析 （1）①化學(xué)平衡常數(shù)是指：一定溫度下，可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，生成物濃度系數(shù)次冪乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪乘積的比；
②正反應(yīng)為熵減，焓減反應(yīng)，△H-T△S＜0反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行；
③反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)時(shí)，各組分的物質(zhì)的量保持不變；
④反應(yīng)進(jìn)行至20min時(shí)，瞬間O₂的物質(zhì)的量增大了0.01mol，SO₂、SO₃的物質(zhì)的量不變，而后SO₂、O₂的物質(zhì)的量減小，SO₃物質(zhì)的量增大，直到建立新平衡；
（2）①先加熱催化劑再滴入濃硫酸，能保證產(chǎn)生的二氧化硫盡可能多的轉(zhuǎn)化為三氧化硫；
②根據(jù)溫度升高，反應(yīng)速率加快，產(chǎn)生二氧化硫的速率過快，在裝置Ⅱ中來不及轉(zhuǎn)化為三氧化硫；
③根據(jù)S元素守恒計(jì)算消耗的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算轉(zhuǎn)化率．

解答 解：（1）①2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）×c（{O}_{2}）}$，
故答案為：$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）×c（{O}_{2}）}$；
②在反應(yīng)2SO₂（g）+O₂ （g）?2SO₃（g）中，△S＜0，△H＜0，但焓變影響較大，熵變影響較小，當(dāng)溫度較低時(shí)△G=△H-T△S＜0，反應(yīng)可以自發(fā)，
故答案為：該反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
③反應(yīng)混合物各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變化，說明反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，由圖可知在15-20min和25-30min出現(xiàn)平臺，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、25-30min；
④反應(yīng)進(jìn)行至20min時(shí)，瞬間O₂的物質(zhì)的量增大了0.01mol，SO₂、SO₃的物質(zhì)的量不變，而后SO₂、O₂的物質(zhì)的量減小，SO₃物質(zhì)的量增大，直到建立新平衡，故改變條件為：增大了0.01molO₂，
故答案為：增大了0.01molO₂；
（2）①為保證產(chǎn)生的二氧化硫盡可能多的轉(zhuǎn)化為三氧化硫，應(yīng)先加熱催化劑再滴入濃硫酸，故答案為：先加熱Ⅱ處催化劑；
②溫度升高，反應(yīng)速率加快，產(chǎn)生二氧化硫的速率過快，在裝置Ⅱ中來不及轉(zhuǎn)化為三氧化硫，所以二氧化硫的轉(zhuǎn)化率減小，故答案為：減��；
③n mol Na₂SO₃粉末與足量濃硫酸反應(yīng)生成nmol二氧化硫，當(dāng)反應(yīng)結(jié)束時(shí)，Ⅲ處增重的部分為未反應(yīng)的二氧化硫，則轉(zhuǎn)化了的二氧化硫的質(zhì)量為：（64n-m）g，所以實(shí)驗(yàn)中SO₂的轉(zhuǎn)化率為$\frac{（64n-m）g}{64ng}$×100%=$\frac{64n-m}{64}$×100%，
故答案為：$\frac{64n-m}{64}$×100%．

點(diǎn)評 本題考查反應(yīng)進(jìn)行的方向、平衡狀態(tài)的判斷、平衡常數(shù)的概念、反應(yīng)條件的控制、化學(xué)方程式的計(jì)算等，題目具有一定的綜合性，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)，難度中等．