Question

16．硫酸是重要的化工原料，生產(chǎn)過程中SO₂催化氧化生成SO₃的化學(xué)反應(yīng)為：2SO₂（g）+O₂（g）$\frac{\underline{催化劑}}{△}$2SO₃（g）．
（1）實(shí)驗(yàn)測(cè)得SO₂反應(yīng)生成SO₃的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)有關(guān)，請(qǐng)根據(jù)表信息，結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，選擇最合適的生產(chǎn)條件是400℃，1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓．

壓強(qiáng) SO2轉(zhuǎn)化率   溫度	1個(gè)大氣壓	5個(gè)大氣壓	10個(gè)大氣壓	15個(gè)大氣壓
400℃	0.9961	0.9972	0.9984	0.9988
500℃	0.9675	0.9767	0.9852	0.9894
600℃	0.8520	0.8897	0.9276	0.9468

（2）反應(yīng)2SO₂（g）+O₂（g）$\frac{\underline{催化劑}}{△}$2SO₃（g）達(dá)到平衡后，改變下列條件，能使SO₂（g）平衡時(shí)的濃度比原來減小的是AC（填字母）．
A．保持溫度和容器體積不變，充入1mol O₂（g）
B．保持溫度和容器體積不變，充入2mol SO₃ （g）
C．降低溫度
D．在其他條件不變時(shí)，減小容器的容積．
（3）某溫度下，SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率（α）與體系總壓強(qiáng)（P）的關(guān)系如圖所示，2.0mol SO₂和1.0mol O₂置于10L密閉容器中，反應(yīng)達(dá)平衡后，體系總壓強(qiáng)為0.10MPa．平衡狀態(tài)由A編導(dǎo)B時(shí)，平衡常數(shù)K（A）=K（B）（填“＜”，“＞”，或“=”），B點(diǎn)的化學(xué)平衡常數(shù)是800．
（4）在一個(gè)固定容器為5L的密閉容器中充入0.20mol SO₂（g）和0.10mol O₂（g），t₁時(shí)刻達(dá)到平衡，測(cè)得容器中含SO₃0.18mol．①t₁時(shí)刻達(dá)到平衡后，改變一個(gè)條件使化學(xué)反應(yīng)速度發(fā)生如圖所示的變化，則改變的條件是C．
A．體積不變，向容器中通入少量O₂
B．體積不變，向容器中通入少量SO₂
C．縮小容器體積
D．升高溫度
E．體積不變，向容器中通入少量氮?dú)?br />②若繼續(xù)通入0.20mol　SO₂和0.10mol　O₂，則平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)（填“向正反應(yīng)方向”、“向逆反應(yīng)方向”或“不”），再次達(dá)到平衡后，0.36　mol＜n（SO₃）＜0.40mol．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)SO₂的轉(zhuǎn)化率及生產(chǎn)成本來選選擇最合適的生產(chǎn)條件；
（2）根據(jù)濃度、溫度、壓強(qiáng)等外界條件對(duì)化學(xué)平衡的影響，達(dá)到平衡后，改變下列條件，能使SO₂（g）平衡時(shí)的濃度比原來減小，平衡正向進(jìn)行；
（3）平衡常數(shù)隨溫度變化，不隨壓強(qiáng)變化，AB點(diǎn)壓強(qiáng)變化，但溫度不變，平衡常數(shù)相同，可以計(jì)算A點(diǎn)的平衡常數(shù)，利用三段式法計(jì)算平衡濃度，根據(jù)平衡常數(shù)=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積}$，得到B點(diǎn)的平衡常數(shù)；
（4）①在一個(gè)固定容器為5L的密閉容器中充入0.20mol SO₂（g）和0.10mol O₂（g），t₁時(shí)刻達(dá)到平衡，t₁時(shí)刻達(dá)到平衡后，改變一個(gè)條件使化學(xué)反應(yīng)速度發(fā)生如圖所示的變化分析可知，改變條件正逆反應(yīng)速率都增大，且正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率，據(jù)此分析選項(xiàng)；
②根據(jù)影響化學(xué)平衡的因素來判斷平衡移動(dòng)方向，繼續(xù)通入相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡正向進(jìn)行，0.20mol　SO₂和0.10mol　O₂，利用極限法求出再次達(dá)平衡后n（SO₃）的范圍．

解答 解：（1）因?yàn)镾O₂與O₂的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以選擇的溫度為400℃，而1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)SO₂的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很大，再增大壓強(qiáng)，SO₂的轉(zhuǎn)化率提高不大，但會(huì)增加生產(chǎn)成本，所以選擇1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，故答案為：400℃，1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓；
（2）A、保持溫度和容器體積不變，O₂的濃度增大，平衡正向移動(dòng)，SO₂的濃度減小，所以A正確；
B、保持溫度和容器內(nèi)壓強(qiáng)不變，充入2mol SO₃ （g）相當(dāng)于充入2.0molSO₂和5.0molO₂，新的平衡與原平衡等效，SO₂的濃度不變，所以B錯(cuò)誤；
C、降低溫度，平衡向放熱的方向移動(dòng)，而正反應(yīng)為放熱，所以平衡正向移動(dòng)，SO₂的濃度減小，所以C正確；
D、在其他條件不變時(shí)，減小容器的容積，SO₂的濃度瞬間增大，之后平衡向氣體體積減少的方向移動(dòng)，即向正反應(yīng)方向移動(dòng)，SO₂的濃度減小，再次到達(dá)平衡時(shí)SO₂的濃度仍比原來大，所以D錯(cuò)誤．
故答案為：AC；
（3）平衡常數(shù)只受溫度的影響，溫度不變，則壓強(qiáng)改變，平衡狀態(tài)由A變到B時(shí)，則K（A）=K（B），
由圖象知，體系總壓強(qiáng)為0.10MPa時(shí)SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率為0.8，則二氧化硫轉(zhuǎn)化物質(zhì)的量=2.0mol×0.8=1.6mol，
      2SO₂（g）+O₂（g） $\frac{\underline{催化劑}}{△}$ 2SO₃（g）
起始：2.0mol     1.0mol          0
轉(zhuǎn)化：1.6mol     0.8mol       1.6mol
平衡：0.4mol     0.2mol       1.6mol
則平衡時(shí)：c（SO₂）=0.04mol/L，c（O₂）=0.02mol/L，c（SO₃）=0.16mol/L，
K（A）=K（B）=$\frac{[S{O}_{3}]^{2}}{[S{O}_{2}]^{2}[{O}_{2}]}$=$\frac{0.1{6}^{2}}{0.0{4}^{2}×0.02}$=800，
故答案為：=，800；
（4）①t₁時(shí)刻達(dá)到平衡后，改變一個(gè)條件使化學(xué)反應(yīng)速度發(fā)生如圖所示的變化分析可知，改變條件正逆反應(yīng)速率都增大，且正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率，
A．體積不變，向容器中通入少量O₂ ，此時(shí)刻正反應(yīng)速率增大，逆反應(yīng)速率不變，隨反應(yīng)進(jìn)行正反應(yīng)速率減小，逆反應(yīng)速率增大，最后達(dá)到新的平衡狀態(tài)，圖象中逆反應(yīng)速率變化不符合，故A錯(cuò)誤；
B．體積不變，向容器中通入少量SO₂，此時(shí)刻正反應(yīng)速率增大，逆反應(yīng)速率不變，隨反應(yīng)進(jìn)行正反應(yīng)速率減小，逆反應(yīng)速率增大，最后達(dá)到新的平衡狀態(tài)，圖象中逆反應(yīng)速率變化不符合，故B錯(cuò)誤；
C．縮小容器體積，壓強(qiáng)增大，正逆反應(yīng)速率增大，正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，所以平衡正向進(jìn)行，圖象變化符合要求，故C正確；
D．正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向進(jìn)行，正逆反應(yīng)速率都增大，逆反應(yīng)速率大于正反應(yīng)速率，故D錯(cuò)誤；
E．體積不變，向容器中通入少量氮?dú)�，總壓增大，各氣體分壓不變，平衡不變，故E錯(cuò)誤；
故選C；
②當(dāng)生成0.18molSO₃時(shí)，參加反應(yīng)的氧氣的物質(zhì)的量為x，
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
          1        2
          x       0.18mol
x=$\frac{0.18mol×1}{2}$=0.09mol
繼續(xù)通入0.20mol SO₂和0.10mol O₂，容器內(nèi)壓強(qiáng)增大，平衡向氣體體積減小的方向移動(dòng)，即向正反應(yīng)方向移動(dòng)；
用極限法求出n（SO₃）的范圍，
假設(shè)平衡不移動(dòng)，此時(shí)n（SO₃）=0.18×2=0.36mol，
假設(shè)0.40molSO₂完全生成SO₃，根據(jù)反應(yīng)方程式2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）可知，n（SO₃）=0.4mol，
所以再次達(dá)到平衡時(shí)，0.36mol＜n（SO₃）＜0.40mol．
故答案為：向正反應(yīng)方向；0.36；0.40．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)平衡的有關(guān)知識(shí)，如利用濃度商判斷化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向，外界條件對(duì)化學(xué)平衡的影響以及有關(guān)化學(xué)計(jì)算，試題較靈活，綜合性強(qiáng)，題目難度中等．