Question

5．實驗室模擬SO₂與O₂在一定條件下反應生成SO₃．現(xiàn)將1.00mol SO₂與1.00mol O₂置于一體積不變的1L密閉容器中發(fā)生反應：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=a kJ•mol^-l．在其他條件不變的情況下，不同溫度時SO₃的濃度（mol•L^-1）隨時間（min）的變化如表格所示：

	0	5	10	15	20	25	30
T1	0	0.20	0.30	0.39	0.47	0.50	0.50
T2	0	0.25	0.40	0.40	0.40	0.40	0.40

（1）判斷T₁＜T₂（填“＞”“＜”或“=”），a＜0（填“＞”或“＜”），平衡常數(shù)表達式為K=$\frac{[S{O}_{3}]^{2}}{[S{O}_{2}]^{2}•[{O}_{2}]}$．
（2）T₁溫度下，0～10min內(nèi)化學反應速率v（O₂）=0.015mol•L^-1•min^-1，T₂溫度下的化學平衡常數(shù)K=0.56（不寫單位）．
（3）下列有關(guān)該反應的說法正確的是D．
A．T₁溫度時，反應在10min時的混合氣體密度是30min時密度的0.6倍
B．T₁溫度時，反應在10min時的混合氣體的平均相對分子質(zhì)量與30min時相等
C．T₂溫度時，當c（SO₂）=c（SO₃）時達到化學平衡狀態(tài)
D．T₁、T₂溫度下分別達到化學平衡狀態(tài)時，T₁溫度下壓強小
（4）如圖是在T₁溫度下的v-t圖象．在T₁溫度下30min時將容器的體積縮小至0.5L，請在圖象中畫出在T₁溫度下重新達到平衡的圖象（正反應速率和逆反應速率分別表示為v_正′和v_逆′）．

Answer 1

分析 （1）升高溫度，化學平衡向著吸熱方向移動，物質(zhì)的燃燒反應是放熱的，大多數(shù)的化合反應是放熱的，化學平衡常數(shù)等于產(chǎn)物平衡濃度系數(shù)次冪之積和反應物平衡濃度系數(shù)次冪之積的比值，據(jù)此回答；
（2）化學反應中各物質(zhì)表示的速率之比等于系數(shù)之比，根據(jù)三行式計算平衡常數(shù)；
（3）A．混合物在不同時刻的密度等于混合物的質(zhì)量和體系的體積的比值；
B．T₁溫度時，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量等于質(zhì)量和物質(zhì)的量的比值；
C．T₂溫度時，當c（SO₂）=c（SO₃）時，正逆反應速率不一定相等；
D．T₁、T₂溫度下分別達到化學平衡狀態(tài)時，壓強和物質(zhì)的量成正比．
（4）在T₁溫度下30min時將容器的體積縮小至0.5L，壓強增加，所以正逆反應速率都增加，但是平衡正向移動，所以正反應速率大于逆反應速率．

解答 解：（1）二氧化硫和氧氣的化合反應是放熱的，所以a小于零，升高溫度，化學平衡向著吸熱方向移動，逆向移動，所以三氧化硫的平衡濃度減小，所以T₁＜T₂，該反應的表達式為K=$\frac{[S{O}_{3}]^{2}}{[S{O}_{2}]^{2}•[{O}_{2}]}$；故答案為：＜；＜；$\frac{[S{O}_{3}]^{2}}{[S{O}_{2}]^{2}•[{O}_{2}]}$；
（2）T₁溫度下，0～10min內(nèi)化學反應速率v（SO₃）=$\frac{0.3mol/L}{10min}$=0.03mol•L^-1•min^-1，反應中各物質(zhì)表示的速率之比等于系數(shù)之比，所以0～10min內(nèi)化學反應速率v（O₂）=$\frac{1}{2}$×0.03mol•L^-1•min^-1=0.015  mol•L^-1•min^-1，
  T₂溫度下：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
初始濃度：1         1      0
變化濃度：0.4       0.2    0.4
平衡濃度：0.6       0.8     0.4
K=$\frac{0．{4}^{2}}{0．{6}^{2}×0.8}$=0.56，故答案為：0.015；0.56；
（3）A．T₁溫度時，混合物在不同時刻的密度等于混合物的質(zhì)量和體系的體積的比值，反應進行后質(zhì)量守恒，體系體積不變，所以密度始終不變，即反應在10min時的混合氣體密度和30min時密度相等，故A錯誤；
B．T₁溫度時，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量等于質(zhì)量和物質(zhì)的量的比值，所以相對分子質(zhì)量之比和物質(zhì)的量成反比，反應在10min時與30min時氣體的物質(zhì)的量不同，所以
反應在10min時的混合氣體的平均相對分子質(zhì)量與30min時不相等，故B錯誤；
C．T₂溫度時，當c（SO₂）=c（SO₃）時，正逆反應速率不一定相等，不一定達到化學平衡狀態(tài)，故C錯誤；
D．T₁、T₂溫度下分別達到化學平衡狀態(tài)時，根據(jù)變化量之比等于系數(shù)比，得到T₁溫度下，混合物的物質(zhì)的量是1.75mol，T₂溫度下，混合物的物質(zhì)的量是1.8mol，壓強和物質(zhì)的量成正比，即T₁溫度下壓強小．
故選D．
（4）在T₁溫度下30min時將容器的體積縮小至0.5L，壓強增加，所以正逆反應速率都增加，但是平衡正向移動，所以正反應速率大于逆反應速率，圖象如下圖所示，故答案為：．

點評 本題涉及平衡常數(shù)的計算、反應速率的計算以及反應速率和平衡移動之間的關(guān)系圖象知識，屬于綜合知識的考查，難度中等．