Question

8．在一定条件下，二氧化硫和氧气发生如下反应：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H＜0．查阅资料知SO₃熔点16.83℃，沸点44.8℃．
（1）600℃时，在一密闭容器中，将二氧化硫和氧气混合，反应过程中SO₂，O₂，SO₃物质的量变化如图1．
①该反应的化学平衡常数表达式 K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）×c（{O}_{2}）}$
②该反应能自发进行的原因是该反应为放热反应．
③据图1判断，该反应处于平衡状态的时间是15-20min、25-30min．
④据图1判断，反应进行至20min时，曲线发生变化的原因是增大了0.01molO₂（用文字表达）．

（2）某化学研究学习小组用图2的装置组装设计了一个实验，以测定SO₂转化为SO₃的转化率，仪器的连接顺序是a→h→i→b→c→f→g→d→e．
①为提高SO₂的转化率，实验时Ⅰ处滴入浓硫酸与Ⅱ处加热催化剂的先后顺序是先加热Ⅱ处催化剂．
②在Ⅰ处用大火加热烧瓶时SO₂的转化率会减小．（填“填大”“不变”或“减小”）
③用n mol Na₂SO₃粉末与足量浓硫酸进行此实验，当反应结束时，继续通入O₂一段时间后，称得Ⅲ处增重mg，则本实验中SO₂的转化率为$\frac{64n-m}{64}$×100%．

Answer 1

分析 （1）①化学平衡常数是指：一定温度下，可逆反应到达平衡时，生成物浓度系数次幂乘积与反应物浓度系数次幂乘积的比；
②正反应为熵减，焓减反应，△H-T△S＜0反应自发进行；
③反应到达平衡状态时，各组分的物质的量保持不变；
④反应进行至20min时，瞬间O₂的物质的量增大了0.01mol，SO₂、SO₃的物质的量不变，而后SO₂、O₂的物质的量减小，SO₃物质的量增大，直到建立新平衡；
（2）①先加热催化剂再滴入浓硫酸，能保证产生的二氧化硫尽可能多的转化为三氧化硫；
②根据温度升高，反应速率加快，产生二氧化硫的速率过快，在装置Ⅱ中来不及转化为三氧化硫；
③根据S元素守恒计算消耗的物质的量，进而计算转化率．

解答 解：（1）①2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）的平衡常数表达式K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）×c（{O}_{2}）}$，
故答案为：$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）×c（{O}_{2}）}$；
②在反应2SO₂（g）+O₂ （g）?2SO₃（g）中，△S＜0，△H＜0，但焓变影响较大，熵变影响较小，当温度较低时△G=△H-T△S＜0，反应可以自发，
故答案为：该反应为放热反应；
③反应混合物各物质的物质的量不变化，说明反应处于平衡状态，由图可知在15-20min和25-30min出现平台，各组分的物质的量不变，反应处于平衡状态，
故答案为：15-20min、25-30min；
④反应进行至20min时，瞬间O₂的物质的量增大了0.01mol，SO₂、SO₃的物质的量不变，而后SO₂、O₂的物质的量减小，SO₃物质的量增大，直到建立新平衡，故改变条件为：增大了0.01molO₂，
故答案为：增大了0.01molO₂；
（2）①为保证产生的二氧化硫尽可能多的转化为三氧化硫，应先加热催化剂再滴入浓硫酸，故答案为：先加热Ⅱ处催化剂；
②温度升高，反应速率加快，产生二氧化硫的速率过快，在装置Ⅱ中来不及转化为三氧化硫，所以二氧化硫的转化率减小，故答案为：减小；
③n mol Na₂SO₃粉末与足量浓硫酸反应生成nmol二氧化硫，当反应结束时，Ⅲ处增重的部分为未反应的二氧化硫，则转化了的二氧化硫的质量为：（64n-m）g，所以实验中SO₂的转化率为$\frac{（64n-m）g}{64ng}$×100%=$\frac{64n-m}{64}$×100%，
故答案为：$\frac{64n-m}{64}$×100%．

点评 本题考查反应进行的方向、平衡状态的判断、平衡常数的概念、反应条件的控制、化学方程式的计算等，题目具有一定的综合性，需要学生具备扎实的基础，难度中等．