Question

2．含硫化合物在工業(yè)生產(chǎn)中有廣泛的用途．
（1）SO₂可用于生產(chǎn)SO₃．
①在一定條件下，每生成8gSO₃ 氣體，放熱9.83kJ．該反應的熱化學方程式為2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ/mol
②在500℃，催化劑存在的條件下，向容積為1L的甲、乙兩個密閉容器中均充入 2mol SO₂和1mol O₂．甲保持壓強不變，乙保持容積不變，充分反應后均達到平衡．
Ⅰ．平衡時，兩容器中SO₃體積分數(shù)的關系為：甲＞乙（填“＞”、“＜”或“=”）．
Ⅱ．若乙在t₁min時達到平衡，此時測得容器乙中的轉(zhuǎn)SO₂化率為90%，則該反應的平衡常數(shù)為810L/mol；保持溫度不變t₂min時，再向該容器中充入1molSO₂ 和1mol SO₃，t₃min時達到新平衡．請在圖1中畫出t₂～t₄min內(nèi)正逆反應速率的變化曲線（曲線上必須標明V正、V逆）

（2）硫酸鎂晶體（MgSO₄•7H₂O）在制革、醫(yī)藥等 領域均有廣泛用途．4.92g硫酸鎂晶體受 熱脫水過程的熱重曲線（固體質(zhì)量隨溫度 變化的曲線）如圖2所示．
①固體M的化學式為MgSO₄•H₂O；
②硫酸鎂晶體受熱失去結晶水的過程分為2個階段．
③N轉(zhuǎn)化成P時，同時生成另一種氧化物，該反應的化學方程式為MgSO₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$MgO+SO₃↑．

Answer 1

分析 （1）①依據(jù)三氧化硫的質(zhì)量以及反應放出的熱量，可計算生成2mol三氧化硫放出的熱量，進而書寫熱化學方程式；
②Ⅰ．2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）正反應是一體積縮小的反應，甲保持壓強不變，乙保持容積不變，充分反應后均達到平衡，甲相當于乙容器到達平衡后的加壓；
Ⅱ．根據(jù)平衡常數(shù)的表達式及達到平衡時各組分的濃度計算出該反應的平衡常數(shù)，平衡常數(shù)指各生成物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積所得的比值；保持溫度不變t₂min時，再向該容器中充入1molSO₂ 和1mol SO₃，正逆反應速率都增大，該溫度下，此反應的化學平衡常數(shù)為810 L/mol，根據(jù)濃度商Q_c與平衡常數(shù)K大小分析判斷，Q_c＜K_c，平衡向正反應進行，Q_c＞K_c，平衡向逆反應進行，Q_c═K_c，達平衡，該平衡向正反應方向移動；
（2）①依據(jù)圖象數(shù)據(jù)和硫酸鎂晶體加熱失去結晶水150℃質(zhì)量變化計算分析判斷；
②依據(jù)圖象數(shù)據(jù)和硫酸鎂晶體加熱失去結晶水150℃和200℃時的質(zhì)量變化計算分析判斷；
③硫酸鎂晶體（MgSO₄•7H₂O）加熱到200℃N時固體為硫酸鎂，硫酸鎂只含三種元素，N轉(zhuǎn)化成P時，同時生成另一種氧化物，另一種氧化物只能是硫的氧化物，因鎂的化合價未變，所以氧化物為三氧化硫，可通過N轉(zhuǎn)化成P時圖象數(shù)據(jù)計算進一步驗證．

解答 解：（1）①在一定條件下，每生成8gSO₃ 的物質(zhì)的量為n=$\frac{m}{M}$=$\frac{8g}{80g/mol}$=0.1mol，放熱9.83kJ，則每生成1mol三氧化硫反應放熱98.3KJ，所以該反應的熱化學方程式為：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6 kJ/mol，
故答案為：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6 kJ/mol； 
②I．2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）正反應是一體積縮小的反應，在500℃，催化劑存在的條件下，向容積為1L的甲、乙兩個密閉容器中均充入 2mol SO₂和1mol O₂，起始時，甲、乙兩容器體積相同，甲保持壓強不變，乙保持容積不變，充分反應后均達到平衡，甲為了保持壓強不變，容器的體積不斷減小，這一過程相當于到達平衡后的乙對甲容器加壓，加壓平衡正移．因此，達平衡時，甲容器中SO₃體積分數(shù)大于乙容器中的三氧化硫，
故答案為：＞；
II．乙在t₁min時達到平衡，此時測得容器乙中的轉(zhuǎn)SO₂化率為90%，則2mol SO₂和1mol O₂在1L密閉容器在t₁min內(nèi)各物質(zhì)濃度發(fā)生的變化如下：
                 2SO₂（g）+O₂（g）═2SO₃（g），
起始濃度（mol/L）  2       1          0
變化濃度（mol/L） 1.8     0.9        1.8
平衡濃度（mol/L） 0.2      0.1       1.8
該反應的平衡常數(shù)為：k=$\frac{{C}^{2}（S{O}_{3}）}{{C}^{2}（S{O}_{2}）×C（{O}_{2}）}$=$\frac{（1.8mol/L）^{2}}{（0.2mol/L）^{2}×（0.1mol/L）}$=810 L/mol，
保持溫度不變t₂min時，化學平衡常數(shù)不變，再向該容器中充入1molSO₂ 和1mol SO₃，反應物SO₂和生成物SO₃，濃度在t₂時都瞬間增加，所以t₂時瞬間反應速率增大，在1L密閉容器在t₂min內(nèi)各物質(zhì)濃度如下：
                2SO₂（g）+O₂（g）═2SO₃（g），
起始濃度（mol/L） 1.2     0.1        2.8    此時濃度商為：Q_C=$\frac{{C}^{2}（S{O}_{3}）}{{C}^{2}（S{O}_{2}）×C（{O}_{2}）}$=$\frac{（2.8mol/L）^{2}}{（1.2mol/L）^{2}×（0.1mol/L）}$＜K=810 L/mol，平衡向正反應方向移動，t₃min時達到新平衡，圖象如圖所示，
故答案為：810 L/mol；； 
（2）①依據(jù)圖象分析在150℃時固體質(zhì)量變?yōu)?.76g，硫酸鎂晶體加熱失去結晶水，質(zhì)量減小，設失去結晶水x個，則4.92g MgSO₄•7H₂O樣品物質(zhì)的量=$\frac{4.92g}{246g/mol}$=0.02mol，
MgSO₄•7H₂O $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgSO₄•（7-x）H₂O+xH₂O
0.02mol                                           0.02xmol          
0.02xmol×18g/mol=4.92g-2.76g=2.16g，
x=6，
所以加熱到150℃時固體為MgSO₄•H₂O，
故答案為：MgSO₄•H₂O；
②依據(jù)圖象分析在200℃時固體質(zhì)量變?yōu)?.40g，硫酸鎂晶體加熱失去結晶水，質(zhì)量減小，設失去結晶水Y個，
MgSO₄•7H₂O $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgSO₄•（7-Y）H₂O+YH₂O
0.02mol                        0.02Ymol     
0.02Ymol×18g/mol=4.92g-2.40g=2.52g，
 x=7 所以加熱到200℃時固體為MgSO₄，所以硫酸鎂晶體受熱失去結晶水的過程分為兩個階段，
故答案為：2；    
③硫酸鎂晶體（MgSO₄•7H₂O）加熱到200℃N時固體為硫酸鎂，硫酸鎂只含三種元素，N轉(zhuǎn)化成P時，同時生成另一種氧化物，另一種氧化物只能是硫的氧化物，因鎂的化合價未變，所以氧化物為三氧化硫，從圖象中可知P時，固體質(zhì)量為0.8克，氧化鎂的物質(zhì)的量為$\frac{0.8g}{40g/mol}$=0.02mol，N轉(zhuǎn)化成P時減少的固體質(zhì)量2.40g-0.8=1.6g，硫的物質(zhì)的量等于硫酸鎂晶體的物質(zhì)的量為0.02mol，所以氧元素的質(zhì)量為1.6g-0.02mol×32g/mol=0.96g，物質(zhì)的量為$\frac{0.96g}{16g/mol}$=0.06mol，所以硫與氧的物質(zhì)的量比為：0.02：0.06=1：3，進一步驗證為三氧化硫，所以反應為：MgSO₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$MgO+SO₃↑，
故答案為：MgSO₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$MgO+SO₃↑．

點評 本題主要考查了硫的化合物的性質(zhì)以及化學平衡的移動、化學平衡常數(shù)的計算，為高頻考點，注意平衡移動的本質(zhì)和平衡常數(shù)的應用是解答的關鍵，依據(jù)濃度商Q_c與平衡常數(shù)K大小分析判斷反應方向和依據(jù)圖象數(shù)據(jù)和硫酸鎂晶體加熱失去結晶水質(zhì)量變化判斷固體成分是該題難點，題目難度較大．