Question

在537 ℃時，往容積可變的密閉容器中充入2 mol SO₂(g)、1  mol O₂（g），此時容器的體積為200 L，壓強為1.01×10⁵ Pa。向容器中加入固體催化劑，并保持恒溫恒壓，發(fā)生反應：2SO₂+O₂2SO₃，達到平衡時，平衡氣體中SO₃的體積分數(shù)為0.91。試完成下列問題：

（1）從理論上看，壓強增大，平衡向正反應方向移動，SO₂的轉(zhuǎn)化率增大。但工業(yè)上二氧化硫催化氧化采用常壓而不用高壓，主要的原因是____________________________。

（2）保持上述溫度和壓強不變，若向容器中只充入2 mol SO₃，并加入固體催化劑，則平衡時SO₂的體積分數(shù)是________，此時平衡混合氣體的體積是________。

（3）溫度仍保持537 ℃，容器的體積保持200 L不變。充入a mol SO₂和b mol O₂，并加入固體催化劑，反應達到平衡時，SO₃的體積分數(shù)仍為0.91，體系壓強為1.01×10⁵ Pa。若a∶b=2∶1，則a=________。

Answer 1

（1）常壓下，SO₂的轉(zhuǎn)化率已達到近94%，增大壓強，轉(zhuǎn)化率提高得有限，而對動力和設(shè)備的要求提高，不利于經(jīng)濟效益的增加  （2）6%137.5 L  （3）2.91

解析：考查對等效平衡的理解與等效平衡的具體應用。

對原平衡分析，設(shè)O₂轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量為x，則：

                  2SO₂   +   O₂2SO₃

起始（mol）   2             1             0

轉(zhuǎn)化（mol）   2x           x            2 x

平衡（mol）   2-2x      1-x           2x

SO₃的體積分數(shù)==0.91,x=0.938。

SO₂的體積分數(shù)==0.06

V（平衡）=×200 L=×200 L=137.5 L

（也可通過體積關(guān)系分析平衡時SO₂的體積分數(shù)。因開始加入的SO₂與O₂的體積比與消耗的體積比相同，故剩余的SO₂與O₂的體積百分比也為2∶1，因SO₃的體積分數(shù)為0.91，故剩余的0.09中，SO₂與O₂的體積百分比分別為0.06和0.03）

保持溫度和壓強不變，向容器中只充入SO₃，所達到的平衡與原平衡等效，SO₂的體積分數(shù)與原平衡一樣，因充入的SO₃為2 mol，故其體積與充入2 mol SO₂(g)、1 mol O₂(g)達平衡時體積相等。

溫度保持537 ℃，容器的體積保持200  L不變，且與原平衡等效，則SO₃的物質(zhì)的量為×2 mol=2.91 mol。