Question

13．工业上以黄铁矿为原料生产硫酸，其中重要的一步是催化氧化（生产中保持恒温恒容条件）：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
（1）生产中为提高反应速率和SO₂的转化率，下列措施可行的是A．
A．向装置中充入O₂   B．升高温度C．向装置中充入N₂  D．向装置中充入过量的SO₂
（2）500℃时，将10mol SO₂和5.0mol O₂置于体积为2L的恒容密闭容器中，反应中数据如表所示：

时间/（min）	2	4	6	8
n（SO3）/（mol）	4.2	8.0	9.4	9.4

①反应前4分钟的平均速率v（O₂）=0.5mol/（L．min）．
②500℃时该反应的平衡常数K=1636.3．（保留1位小数．）
（3）恒温恒压，通入3mol SO₂和2mol O₂及固体催化剂，平衡时容器内气体体积为起始时的90%．保持同一反应温度，在相同容器中，将起始物质的量改为5mol SO₂、3.5mol O₂、1mol SO₃（g），下列说法正确的是CD．
A．第一次平衡时反应放出的热量为294.9kJ    B．两次平衡SO₂的转化率相等
C．两次平衡时的O₂体积分数相等        D．第二次平衡时SO₃的体积分数等于$\frac{2}{9}$
（4）如果在500℃时向下列起始体积相同的密闭容器中充入2mol SO₂、1mol O₂，甲容器在反应过程中保持压强不变，乙容器保持体积不变，丙容器维持绝热，三容器各自建立化学平衡．
①平衡常数：K （甲）＞K（丙） （填“＞”、“＜”或“=”下同），达到平衡时SO₂的转化率：α（乙）＞α（丙）．
②达到平衡后，若向甲、乙两容器中分别通入少量且等量Ar气体，甲容器的化学平衡逆向移动，乙容器的化学平衡不移动．（填“正向”、“逆向”或“不”）

Answer 1

分析 （1）A．向装置中充入O₂，氧气浓度增大，反应速率加快，平衡正向移动；
B．正反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动；
C．向装置中充入N₂，反应混合物各组分浓度不变，平衡不移动；
D．向装置中充入过量的SO₂，二氧化硫转化率降低；
（2）①反应前4分钟，△n（O₂）=$\frac{1}{2}$△n（SO₃）=$\frac{1}{2}$×8mol=4mol，再根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（O₂）；
②6min到达平衡，平衡时三氧化硫为9.4mol，则：
            2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
起始量（mol）：10      5       0
变化量（mol）：9.4     4.7     9.4
平衡量（mol）：0.6     0.3     9.4
再根据K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）×c（{O}_{2}）}$计算平衡常数；
（3）保持同一反应温度，在相同容器中，将起始物质的量改为5mol SO₂、3.5mol O₂、1mol SO₃（g），转化到方程式左边得到6mol SO₂、4mol O₂，与原平衡中起始物质的量均为3：2，恒温恒压下，为等效平衡，平衡时相同物质的含量、浓度相等．
A．恒温恒压下下，体积之比等于物质的量之比，则平衡时混合气体总物质的量为（3mol+2mol）×90%=4.5mol，则：
             2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△n=1
起始量（mol）：3        2        0
变化量（mol）：1        0.5      1      5-4.5=0.5
平衡量（mol）：2        1.5      1
再结合热化学方程式计算放出的热量；
B．由A中计算可知，原平衡中二氧化硫的转化率为$\frac{1}{3}$，改变起始投入量，与原平衡为等效平衡，结合平衡时同种物质含量相等计算二氧化硫转化率；
C．两次平衡为等效平衡，平衡时同种物质的含量相等；
D．两次平衡为等效平衡，平衡时同种物质的含量相等，结合A中可知平衡时三氧化硫体积分数；
（4）①甲为恒温恒压，丙为恒容绝热，正反应为放热溶液，随反应进行丙中温度升高，升温平衡逆向移动，平衡常数减小；
乙为恒温恒容，等效为在丙的基础上降低温度，平衡正向移动；
②甲为恒温恒压，通入氩气，体积增大，混合物各组分浓度减小，等效为减小压强，平衡向气体体积增大方向移动；
乙为恒温恒容，通入氩气，混合物各组分浓度不变，平衡不移动．

解答 解：（1）A．向装置中充入O₂，氧气浓度增大，反应速率加快，平衡正向移动，二氧化硫转化率增大，故A正确；
B．升高温度，反应速率加快，正反应为放热反应，平衡逆向移动，二氧化硫转化率减小，故B错误；
C．向装置中充入N₂，反应混合物各组分浓度不变，平衡不移动，二氧化硫转化率不变，故C错误；
D．向装置中充入过量的SO₂，反应速率加快，但二氧化硫转化率降低，故D错误，
故选：A；
（2）①反应前4分钟，△n（O₂）=$\frac{1}{2}$△n（SO₃）=$\frac{1}{2}$×8mol=4mol，则v（O₂）=$\frac{\frac{4mol}{2L}}{4min}$=0.5mol/（L．min），
故答案为：0.5mol/（L．min）；
②6min到达平衡，平衡时三氧化硫为9.4mol，则：
            2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
起始量（mol）：10      5        0
变化量（mol）：9.4     4.7      9.4
平衡量（mol）：0.6     0.3      9.4
500℃时平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）×c（{O}_{2}）}$=$\frac{（\frac{9.4}{2}）^{2}}{（\frac{0.6}{2}）^{2}×\frac{0.3}{2}}$=1636.3，
故答案为：1636.3；
（3）保持同一反应温度，在相同容器中，将起始物质的量改为5mol SO₂、3.5mol O₂、1mol SO₃（g），转化到方程式左边得到6mol SO₂、4mol O₂，与原平衡中起始物质的量均为3：2，恒温恒压下，为等效平衡，平衡时相同物质的含量、浓度相等．
A．恒温恒压下下，体积之比等于物质的量之比，则平衡时混合气体总物质的量为（3mol+2mol）×90%=4.5mol，则：
              2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△n=1
起始量（mol）：3         2         0
变化量（mol）：1         0.5       1     5-4.5=0.5
平衡量（mol）：2         1.5       1
故第一次平衡时反应放出的热量为196.6kJ×$\frac{1mol}{2mol}$=98.3 kJ，故A错误；
B．由A中计算可知，原平衡中二氧化硫的转化率为$\frac{1}{3}$，改变起始投入量，与原平衡为等效平衡，设平衡时二氧化硫转化为x，则：
             2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
起始量（mol）：4        3.5     1
变化量（mol）：4x        2x     2x
平衡量（mol）：4-4x     3.5-x   1+2x
则$\frac{4-4x}{8.5-2x}$=$\frac{2}{4.5}$，解得x=$\frac{1}{14}$，二氧化硫的转化率减小，故B错误；
C．两次平衡为等效平衡，平衡时氧气体积分数相等，故C正确；
D．两次平衡为等效平衡，平衡时同种物质的含量相等，结合A中可知平衡时三氧化硫体积分数为$\frac{1mol}{4.5mol}$=$\frac{2}{9}$，故D正确，
故选：CD；
（4）①甲为恒温恒压，丙为恒容绝热，正反应为放热溶液，随反应进行丙中温度升高，升温平衡逆向移动，平衡常数减小，则K （甲）＞K（丙），
乙为恒温恒容，等效为在丙的基础上降低温度，平衡正向移动，达到平衡时SO₂的转化率：α（乙）＞α（丙），
故答案为：＞；＞；
②甲为恒温恒压，通入氩气，体积增大，混合物各组分浓度减小，等效为减小压强，正反应为气体体积减小的反应，平衡逆向移动的；
乙为恒温恒容，通入氩气，混合物各组分浓度不变，平衡不移动，
故答案为：逆向；不．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素，（3）中注意利用等效思想解答，关键是构建平衡建立的途径，难度中等．