题目内容

14．如图所示，将4mol SO2和2mol O2混合置于体积可变的等压容器中，在一定温度下发生如下反应：2SO2（g）+O2（g）?2SO3（g）；△H＜0．该反应达到平衡状态A时，测得气体总物质的量为4.2mol．若SO2、O2、SO3的起始物质的量分别用a、b、c 表示，试回答：
（1）达到平衡状态A的容器中通入少量O2，体系中SO2的体积分数将减小，若要使SO2的体积分数再变至与原平衡状态A相同，可采用的措施有通入适量SO2或给体系升温；
（2）若起始时a=1.2mol，b=0.6mol，且达到平衡后各气体的体积分数与平衡状态A相同，则起始时c的取值为c≥0；
（3）若原平衡状态A是在恒温恒容下达到的，现要使反应开始时向逆方向进行，且达到的平衡状态与A相同，则起始时c的取值范围为3.6＜c≤4．

分析 （1）恒温恒压下，通入少量O2能使平衡正向移动并能提高SO2转化率，导致体系中SO2的体积分数减小，若要使SO2的体积分数再变至与原平衡状态A相同，可通入适量SO2，或给体系升温使平衡逆向移动；
（2）若起始时a=1.2mol，b=0.6mol，且达到平衡后各气体的体积分数与平衡状态A相同，为等效平衡，恒温恒压下，按化学计量数完全转化到左边满足n（SO2）：n（O2）=2：1；
（3）若原平衡状态A是在恒温恒容下达到的，达到的平衡状态与A相同，按化学计量数完全转化到左边满足n（SO2）=4mol、n（O2）=2mol，要使反应开始时向逆方向进行，则c应大于原平衡时三氧化硫物质的量，若二氧化硫、氧气为0时，可以确定c的最大值．

解答 解：（1）在达到平衡状态A的容器中再通入少量O2，瞬间增大氧气的浓度，能使平衡正向移动并能提高SO2转化率，导致体系中SO2的体积分数减小，若要使SO2的体积分数再变至与原平衡状态A相同，可通入适量SO2，或给体系升温使平衡逆向移动；
故答案为：减小；通入适量SO2、给体系升温；
（2）若起始时a=1.2mol，b=0.6mol，二者物质的量之比等于起始时加入的2mol SO2和1mol O2的物质的量之比，而三氧化硫转化得到的SO2与O2d的物质的量之比也是2：1，则c≥0按化学计量数完全转化到左边满足n（SO2）：n（O2）=2：1，建立的平衡一定为等效平衡，
故答案为：c≥0；
（3）设原平衡中反应的氧气为xmol，则：
           2SO2（g）+O2（g）?2SO3（g）
起始（mol）：4       2         0
变化（mol）：2x      x         2x
平衡（mol）：4-2x    2-x       2x
则（4-2x）+（2-x）+2x=4.2，解得x=1.8，故原平衡时三氧化硫为3.6mol，
若原平衡状态A是在恒温恒容下达到的，达到的平衡状态与A相同，按化学计量数完全转化到左边满足n（SO2）=4mol、n（O2）=2mol，要使反应开始时向逆方向进行，则c＞3.6，SO2和O2的量均为0，c有值最大时，4molSO2、2molO2完全转化可以得到4molSO3，故3.6＜c≤4，
故答案为：3.6＜c≤4．

点评 本题考查化学平衡计算，涉及等效平衡问题，关键是理解掌握等效平衡规律，难度中等．

练习册系列答案
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（1）将不同量的CO（g）和H2O（g）分别通入到体积为2L的恒容密闭容器中，进行反应CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g），得到如下三组数据：
实验组温度℃起始量/mol平衡量/mol达到平衡所需时间/min
COH2OH2CO
1650421.62.46
2900210.41.63
3900abcdt
①实验1中以v （CO2） 表示的反应速率为0.13mol/（L．min）； （取小数二位，下同）．
②该反应为吸（填“吸”或“放”）热反应，实验2条件下平衡常数K=$\frac{1}{6}$．
（2）已知在常温常压下：
①2CH3OH（l）+3O2（g）═2CO2（g）+4H2O（g）△H=-1275.6kJ/mol
②2CO （g）+O2（g）═2CO2（g）△H=-566.0kJ/mol
③H2O（g）═H2O（l）△H=-44.0kJ/mol
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式：CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H=-442.8 kJ/mol．
（3）某实验小组依据甲醇燃烧的反应原理，设计如图所示的电池装置． 
①该电池正极的电极反应为O2+2H2O+4e-=4OH-．
②工作一段时间后，测得溶液的pH减小，该电池总反应的化学方程式为2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O．
（4）CO2在自然界循环时可与CaCO3反应，CaCO3是一种难溶物质，其Ksp=2.8×10-9．CaCl2溶液与Na2CO3溶液混合可形成CaCO3沉淀，现将等体积的CaCl2溶液与Na2CO3溶液混合，若Na2CO3溶液的浓度为2×10-4mo1/L，则生成沉淀所需CaCl2溶液的最小浓度为5.6×10-5mol/L．
18．（1）恒温、容积为1L恒容条件下，硫可以发生如下转化，其反应过程和能量关系如图1所示[已知：2SO2（g）+O2（g）?2SO3（g）△H=-196.6kJ/mol]．

请回答下列问题：
①写出能表示硫的燃烧热的热化学方程式：S（s）+O2（g）═SO2（g）△H=-297 KJ•mol-1．
②△H2=-78.64 kJ/mol．
③在相同条件下，充入1mol SO3和0.5mol O2，则达到平衡时SO3的转化率为20%；此时该反应吸收（填“放出”或“吸收”）19.66 kJ的能量．
（2）中国政府承诺，到2020年，单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～50%．①有效“减碳”的手段之一是节能，下列制氢方法最节能的是C（填序号）．
A．电解水制氢：2H2O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2H2↑+O2↑
B．高温使水分解制氢：2H2O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2H2+O2↑
C．太阳光催化分解水制氢：2H2O $\frac{\underline{\;\;\;TiO_{2}\;\;\;}}{太阳光}$2H2↑+O2↑
D．天然气制氢：CH4+H2O（g） $\stackrel{高温}{?}$CO+3H2
②CO2可转化成有机物实现碳循环．在体积为1L的密闭容器中，充入1mol CO2和3mol H2，一定条件下反应：CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）△H=-49.0kJ/mol，测得CO2和CH3OH（g）浓度随时间变化如图2所示．
从3min到9min，υ（H2）=0.125 mol/（L•min）．
③能说明上述反应达到平衡状态的是D（填编号）．
A．反应中CO2与CH3OH的物质的量浓度之比为1：1（即图中交叉点）
B．混合气体的密度不随时间的变化而变化
C．3个H-H键断裂的同时有4个C-H键断裂
D．CO2的体积分数在混合气体中保持不变
（3）工业上，CH3OH也可由CO和H2合成．参考合成反应CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）的平衡常数．
温度/℃0100200300400
平衡常数667131.9×10-22.4×10-41×10-5
下列说法正确的是AB．
A．该可逆反应的正反应是放热反应
B．在T℃时，1L密闭容器中，投入0.1molCO和0.2molH2，达到平衡时，CO的转化率为50%，则此时的平衡常数为100
C．工业上采用稍高的压强（5MPa）和250℃，是因为此条件下，原料气的转化率最高．

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