Question

含硫化合物在工业生产中有广泛的用途．
（1）SO₂可用于工业生产SO₃．
①在一定条件下，每生成8gSO₃ 气体，放热9.83kJ．该反应的热化学方程式为

 

②在500℃，催化剂存在的条件下，向容积为1L的甲、乙两个密闭容器中均充入 2mol SO₂和1mol O₂．甲保持压强不变，乙保持容积不变，充分反应后均达到平衡．
Ⅰ．平衡时，两容器中SO₃体积分数的关系为：甲

 

乙（填“＞”、“＜”或“=”）．
Ⅱ．若乙在t₁min时达到平衡，此时测得容器乙中的转SO₂化率为90%，则该反应的平衡常数为

 

；保持温度不变t₂min时，再向该容器中充入1molSO₂ 和1mol SO₃，t₃min时达到新平衡．请在图1中画出t₂～t₄min内正逆反应速率的变化曲线（曲线上必须标明V正、V逆）

（2）硫酸镁晶体（MgSO₄?7H₂O）在制革、医药等 领域均有广泛用途．4.92g硫酸镁晶体受 热脱水过程的热重曲线（固体质量随温度 变化的曲线）如图2所示．
①固体M的化学式为

 

．
②硫酸镁晶体受热失去结晶水的过程分为

 

个阶段．
③N转化成P时，同时生成另一种氧化物，该反应的化学方程式为

 

．

Answer 1

分析：（1）①依据反应放出的热量，结合热化学方程式的书写方法来解答，注意标注物质的聚集状态，该反应为可逆反应；
②Ⅰ．2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）正反应是一体积缩小的反应，甲保持压强不变，乙保持容积不变，充分反应后均达到平衡，甲相当于乙容器到达平衡后的加压；
Ⅱ．根据平衡常数的表达式及达到平衡时各组分的浓度计算出该反应的平衡常数，平衡常数指各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值；保持温度不变t₂min时，再向该容器中充入1molSO₂ 和1mol SO₃，正逆反应速率都增大，该温度下，此反应的化学平衡常数为810 L/mol，根据浓度商Q_c与平衡常数K大小分析判断，Q_c＜K_c，平衡向正反应进行，Q_c＞K_c，平衡向逆反应进行，Q_c═K_c，达平衡，该平衡向正反应方向移动；
（2）①依据图象数据和硫酸镁晶体加热失去结晶水150℃质量变化计算分析判断；
②依据图象数据和硫酸镁晶体加热失去结晶水150℃和200℃时的质量变化计算分析判断；
③硫酸镁晶体（MgSO₄?7H₂O）加热到200℃N时固体为硫酸镁，硫酸镁只含三种元素，N转化成P时，同时生成另一种氧化物，另一种氧化物只能是硫的氧化物，因镁的化合价未变，所以氧化物为三氧化硫，可通过N转化成P时图象数据计算进一步验证．

解答：解：（1）①在一定条件下，每生成8gSO₃ 的物质的量为n=

m

M

=

8g

80g/mol

=0.1mol，放热9.83kJ，则每生成1mol三氧化硫反应放热98.3KJ，所以该反应的热化学方程式为：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6 kJ/mol，
故答案为：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6 kJ/mol； 
②I．2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）正反应是一体积缩小的反应，在500℃，催化剂存在的条件下，向容积为1L的甲、乙两个密闭容器中均充入 2mol SO₂和1mol O₂，起始时，甲、乙两容器体积相同，甲保持压强不变，乙保持容积不变，充分反应后均达到平衡，甲为了保持压强不变，容器的体积不断减小，这一过程相当于到达平衡后的乙对甲容器加压，加压平衡正移．因此，达平衡时，甲容器中SO₃体积分数大于乙容器中的三氧化硫，
故答案为：＞；
II．乙在t₁min时达到平衡，此时测得容器乙中的转SO₂化率为90%，则2mol SO₂和1mol O₂在1L密闭容器在t₁min内各物质浓度发生的变化如下：
                 2SO₂（g）+O₂（g）═2SO₃（g），
起始浓度（mol/L）  2       1          0
变化浓度（mol/L） 1.8     0.9        1.8
平衡浓度（mol/L） 0.2      0.1       1.8
该反应的平衡常数为：k=

C2(SO3)

C2(SO2)×C(O2)

=

(1.8mol/L)2

(0.2mol/L)2×(0.1mol/L)

=810 L/mol，

保持温度不变t₂min时，化学平衡常数不变，再向该容器中充入1molSO₂ 和1mol SO₃，反应物SO₂和生成物SO₃，浓度在t₂时都瞬间增加，所以t₂时瞬间反应速率增大，在1L密闭容器在t₂min内各物质浓度如下：
                2SO₂（g）+O₂（g）═2SO₃（g），
起始浓度（mol/L） 1.2     0.1        2.8    此时浓度商为：Q_C=

C2(SO3)

C2(SO2)×C(O2)

=

(2.8mol/L)2

(1.2mol/L)2×(0.1mol/L)

＜K=810 L/mol，平衡向正反应方向移动，t₃min时达到新平衡，图象如图所示，
故答案为：810 L/mol；； 
（2）①依据图象分析在150℃时固体质量变为2.76g，硫酸镁晶体加热失去结晶水，质量减小，设失去结晶水x个，则4.92g MgSO₄?7H₂O样品物质的量=

4.92g

246g/mol

=0.02mol，MgSO₄?7H₂O

△   .

MgSO₄?（7-x）H₂O+xH₂O
0.02mol                            0.02xmol           0.02xmol×18g/mol=4.92g-2.76g=2.16g     x=6   所以加热到150℃时固体为MgSO₄?H₂O
故答案为：MgSO₄?H₂O；
②依据图象分析在200℃时固体质量变为2.40g，硫酸镁晶体加热失去结晶水，质量减小，设失去结晶水Y个，
MgSO₄?7H₂O

△   .

MgSO₄?（7-Y）H₂O+YH₂O
0.02mol                        0.02Ymol      0.02Ymol×18g/mol=4.92g-2.40g=2.52g   x=7 所以加热到200℃时固体为MgSO₄，所以硫酸镁晶体受热失去结晶水的过程分为两个阶段，
故答案为：2；    
③硫酸镁晶体（MgSO₄?7H₂O）加热到200℃N时固体为硫酸镁，硫酸镁只含三种元素，N转化成P时，同时生成另一种氧化物，另一种氧化物只能是硫的氧化物，因镁的化合价未变，所以氧化物为三氧化硫，从图象中可知P时，固体质量为0.8克，氧化镁的物质的量为

0.8g

40g/mol

=0.02mol，N转化成P时减少的固体质量2.40g-0.8=1.6g，硫的物质的量等于硫酸镁晶体的物质的量为0.02mol，所以氧元素的质量为1.6g-0.02mol×32g/mol=0.96g，物质的量为

0.96g

16g/mol

=0.06mol，所以硫与氧的物质的量比为：0.02：0.06=1：3，进一步验证为三氧化硫，所以反应为：MgSO₄

高温  .

MgO+SO₃↑，
故答案为：MgSO₄

高温  .

MgO+SO₃↑．

点评：本题主要考查了硫的化合物的性质以及化学平衡的移动、化学平衡常数的计算，注意平衡移动的本质和平衡常数的应用是解答的关键，依据浓度商Q_c与平衡常数K大小分析判断反应方向和依据图象数据和硫酸镁晶体加热失去结晶水质量变化判断固体成分是该题难点，题目难度较大．