Question

20．在一定温度和压强下，有如下反应：2SO₂（g）+O₂（g） $?_{△}^{催化剂}$2SO₃（g），将1.6molSO₂和0.8mol O₂放入一体积可变的密闭容器中，测得容器的起始容积为100L经一段时间后，反应达到平衡，测得混合气体的体积为80L，请回答下列问题：
（1）达平衡时SO₂的转化率为60%；
（2）若起始时加入amolSO₂、bmol O₂，且a：b=2：1，在同样温度和压强下，反应达到平衡时，测得混合气体的容积为120L．则a、b的值分别为：a=2.4，b=1.2．
（3）若容器为体积不变的密闭容器，其容积为100L，起始时加入xmolSO₂、ymol O₂和zmol SO₃，反应达平衡时，温度和压强与（2）完全相同，容器内各气体的体积分数也与（2）达平衡时的情况完全相同，则x、y应该满足的关系式为x=2y，x、z应该满足的关系式为x+z=2．

Answer 1

分析 （1）体积之比等于物质的量之比可计算反应后的气体的物质的量，结合三段式法计算该题．
（2）起始时加入amolS0₂、b mol O₂，且a：b=2：l，在同样温度和压强下，反应达到平衡时，与（1）平衡状态相同，为等效平衡，物质的转化率和百分含量都相同，SO₃的体积分数为与（1）相同，结合体积的关系计算；
（3）若将密闭容器体积固定为100L，起始时加入xmolS0₂、y mol 0₂和z mol SO₃，反应达平衡时，温度、压强与（2）完全相同，容器内各气体的体积分数也与（2）达平衡时的情况完全相同，为等效平衡．

解答 解：（1）反应方程式为2SO₂+O₂?2SO₃，利用三段式计算，
     2SO₂+O₂?2SO₃
起始：2mol 1mol 0
转化：2x   x  2x
平衡：1.6-2x 0.8-x 2x
根据体积之比等于物质的量之比可知：（1.6-2x+0.8-x+2x）：2.4=80：100，
解之得x=0.48，反应的气体的物质的量为：1.6-0.48×2+0.8-0.48+0.48×2=1.92mol，
所以SO₂的转化率为$\frac{0.48×2}{1.6}$×100%=60%，
故答案为：60%；
（2）起始时加入amolS0₂、b mol O₂，且a：b=2：l，在同样温度和压强下，反应达到平衡时，与（1）平衡状态相同，为等效平衡，物质的转化率和百分含量都相同，SO₃的体积分数为与（1）相同，
      2SO₂+O₂ ?2SO₃
起始：amol bmol 0
转化：0.6a 0.3a 0.6a
平衡：a-0.6a b-0.3a 0.6a
压强之比就等于物质的量之比，列式为：$\frac{a-0.6a+b-0.3a+0.6a}{1.92}$=$\frac{120}{80}$，a=2b，
解得：a=2.4mol，b=1.2mol，
故答案为：2.4；1.2；
（3）若将密闭容器体积固定为100L，起始时加入xmolS0₂、y mol 0₂和z mol SO₃，反应达平衡时，温度、压强与（2）完全相同，容器内各气体的体积分数也与（2）达平衡时的情况完全相同，为等效平衡，则有x=2y，且相当于只加二氧化硫和氧气时，起始时二氧化硫的物质的量为x，$\frac{x}{100}$=$\frac{2.4}{120}$，x=2，即：x+z=2，
故答案为：x=2y；x+z=2．

点评 本题考查化学平衡的计算、等效平衡判断等知识，题目难度较大，注意等效平衡状态的判断及应用，明确恒温恒压、恒温恒容条件下的等效平衡的特点，试题充分考查了学生的分析、理解能力及化学计算能力．