Question

18．接觸法制硫酸工藝中，其主反應(yīng)在450℃并有催化劑存在下進(jìn)行：2SO₂（g）+O₂（g）?△催化劑2SO₃（g）；△H=-190kJ•mol^-1
（1）在一個(gè)固定容積為5L的密閉容器中充入0.20mol SO₂和0.10molO₂，半分鐘后達(dá)到平衡，測得容器中含SO₃0.8g，則V（O₂）=0.002mol•L^-1•min^-1，計(jì)算此時(shí)化學(xué)平衡常數(shù)K₁=100．
（2）若溫度不變，繼續(xù)通入0.20mol SO₂和0.10mol SO₃，則平衡移動(dòng)方向及原因是逆正反應(yīng)方向移動(dòng)，因?yàn)榇藭r(shí)的濃度商為4.2，大于平衡常數(shù)，達(dá)平衡后，化學(xué)平衡常數(shù)為K₂，則K₁、K₂之間的關(guān)系為=（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）有兩只密閉容器A和B，A能保持恒容，B能保持恒壓．起始時(shí)向容積相等的A、B中分別通入體積比為2：1的等量的SO₂和O₂，使之發(fā)生反應(yīng)．則（填＞、=、＜；左、右；增大、減小、不變）．
①達(dá)到平衡所需要的時(shí)間：t（A）＜t（B）
②平衡時(shí)，SO₂的轉(zhuǎn)化率：a（A）＜a （B）
③達(dá)到平衡時(shí)，在兩容器中分別通入等量的Ar氣．B中的化學(xué)平衡向左反應(yīng)方向移動(dòng)，A中的化學(xué)反應(yīng)速率不變．

Answer 1

分析 （1）在一個(gè)固定容積為5L的密閉容器中充入0.20mol SO₂和0.10molO₂，二氧化硫的濃度=$\frac{0.20mol}{5L}$=0.04mol/L，氧氣濃度=$\frac{0.10mol}{5L}$=0.02mol，半分鐘后達(dá)到平衡，測得容器中含SO₃0.8g，n（SO₃）=$\frac{0.8g}{80g/mol}$=0.01mol，平衡濃度為$\frac{0.01mol}{5L}$=0.002mol/L，結(jié)合化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算，
                2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
起始量（mol/L）  0.04     0.02      0
變化量（mol/L） 0.002     0.001     0.002
平衡量（mol/L） 0.038     0.019     0.002
反應(yīng)速率V=$\frac{△c}{△t}$，平衡常數(shù)K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積}$；
（2）若溫度不變，繼續(xù)通入0.20mol SO₂和0.10mol SO₃，計(jì)算濃度商和平衡常數(shù)比較平淡反應(yīng)進(jìn)行的方向，平衡常數(shù)只隨溫度變化；
（3）①A能保持恒容，B能保持恒壓．起始時(shí)向容積相等的A、B中分別通入體積比為2：1的等量的SO₂和O₂，使之發(fā)生反應(yīng)：2SO₂+O₂?2SO₃，恒溫恒容隨反應(yīng)進(jìn)行壓強(qiáng)減小速率減慢，恒溫恒壓容器中反應(yīng)過程中壓強(qiáng)增大，反應(yīng)速率大；
②恒溫恒容隨反應(yīng)進(jìn)行壓強(qiáng)減小速率減慢，恒溫恒壓容器中反應(yīng)過程中壓強(qiáng)增大，反應(yīng)速率大轉(zhuǎn)化率大；
③恒溫恒容容器加入惰氣總壓增大，分壓不變，平衡不動(dòng)，反應(yīng)速率不變；恒溫恒壓容器，加入惰氣壓強(qiáng)減小，平衡向氣體體積增大的方向進(jìn)行．

解答 解：（1）在一個(gè)固定容積為5L的密閉容器中充入0.20mol SO₂和0.10molO₂，二氧化硫的濃度=$\frac{0.20mol}{5L}$=0.04mol/L，氧氣濃度=$\frac{0.10mol}{5L}$=0.02mol，半分鐘后達(dá)到平衡，測得容器中含SO₃0.8g，n（SO₃）=$\frac{0.8g}{80g/mol}$=0.01mol，平衡濃度為$\frac{0.01mol}{5L}$=0.002mol/L，結(jié)合化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算，
                2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
起始量（mol/L） 0.04     0.02       0
變化量（mol/L） 0.002    0.001    0.002
平衡量（mol/L） 0.038    0.019    0.002
氧氣的反應(yīng)速率V=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.001mol/L}{0.5min}$=0.002mol/L•min，
平衡常數(shù)K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積}$=$\frac{0.00{2}^{2}}{0.03{8}^{2}×0.019}$=0.146，
故答案為：0.002，0.146；
（2）若溫度不變，繼續(xù)通入0.20mol SO₂和0.10mol SO₃，二氧化硫物質(zhì)的量濃度c（SO₂）=0.038mol/L+$\frac{0.20mol}{5L}$=0.078mol/L，c（O₂）=0.019mol/L，c（SO₃）=0.002mol/L+$\frac{0.10mol}{5L}$=0.022mol/L，Qc=$\frac{0.02{2}^{2}}{0.07{8}^{2}×0.019}$=4.2＞K=0.146，反應(yīng)逆向進(jìn)行，溫度不變達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)平衡常數(shù)不變，則K₁、K₂之間的關(guān)系為相同，
故答案為：逆正反應(yīng)方向移動(dòng)，因?yàn)榇藭r(shí)的濃度商為4.2，大于平衡常數(shù)，=；
（3）①A能保持恒容，B能保持恒壓．起始時(shí)向容積相等的A、B中分別通入體積比為2：1的等量的SO₂和O₂，使之發(fā)生反應(yīng)：2SO₂+O₂?2SO₃，恒溫恒容隨反應(yīng)進(jìn)行壓強(qiáng)減小速率減慢，恒溫恒壓容器B中反應(yīng)過程中壓強(qiáng)增大，反應(yīng)速率大，所以達(dá)到平衡所需要的時(shí)間A小于B，
故答案為：＜；
②起始二氧化硫和氧氣濃度相同，反應(yīng)速率相同，過程中A為恒溫恒容容器中的壓強(qiáng)小于B恒溫恒壓容器，反應(yīng)速率B＞A，二氧化硫轉(zhuǎn)化率A＜B，
故答案為：＜；
③恒溫恒容B容器加入惰氣總壓增大，分壓不變，平衡不動(dòng)，反應(yīng)速率不變；恒溫恒壓A容器，加入惰氣壓強(qiáng)減小，平衡向氣體體積增大的方向進(jìn)行，反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，所以平衡逆向進(jìn)行；
故答案為：左；不變．

點(diǎn)評 本題考查了恒溫恒壓，恒溫恒容容器中化學(xué)平衡的影響因素分析判斷，題目難度中等．