Question

2．接触法制硫酸工艺中，其主反应在450℃并有催化剂存在下进行：2SO₂（g）+O₂（g）$?_{加热}^{催化剂}$2SO₃（g）；△H=-190KJ•mol^-1
（1）在一个固定容积为5L的密闭容器中充入0.20mol SO₂和0.10molO₂，半分钟后达到平衡，测得容器中含SO₃ 8g，则V（O₂）=0.002mol•L^-1•min^-1，计算此时化学平衡常数K₁=100．
（2）若温度不变，继续通入0.20mol SO₂和0.10mol SO₃，则平衡移动方向及原因是正反应方向移动，因为此时的浓度商为44.4，小于平衡常数，达平衡后，化学平衡常数为K₂，则K₁、K₂之间的关系为=（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）有两只密闭容器A和B，A能保持恒容，B能保持恒压．起始时向容积相等的A、B中分别通入体积比为2：1的等量的SO₂和O₂，使之发生反应．则（填＞、=、＜；左、右；增大、减小、不变）．
①达到平衡所需要的时间：t（A）＜t（B）
②平衡时，SO₂的转化率：a（A）＜a （B）
③达到平衡时，在两容器中分别通入等量的Ar气．B中的化学平衡向左反应方向移动，A中的化学反应速率不变．

Answer 1

分析 （1）在一个固定容积为5L的密闭容器中充入0.20mol SO₂和0.10molO₂，二氧化硫的浓度=$\frac{0.20mol}{5L}$=0.04mol/L，氧气浓度=$\frac{0.10mol}{5L}$=0.02mol，半分钟后达到平衡，测得容器中含SO₃ 8g，n（SO₃）=$\frac{8g}{80g/mol}$=0.1mol，平衡浓度为$\frac{0.1mol}{5L}$=0.02mol/L，结合化学平衡三段式列式计算，
                2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
起始量（mol/L）  0.04     0.02      0
变化量（mol/L） 0.02     0.01     0.02
平衡量（mol/L） 0.02     0.01     0.02
反应速率V=$\frac{△c}{△t}$，平衡常数K=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$；
（2）若温度不变，继续通入0.20mol SO₂和0.10mol SO₃，计算浓度商和平衡常数比较平淡反应进行的方向，平衡常数只随温度变化；
（3）①A能保持恒容，B能保持恒压．起始时向容积相等的A、B中分别通入体积比为2：1的等量的SO₂和O₂，使之发生反应：2SO₂+O₂?2SO₃，恒温恒容随反应进行压强减小速率减慢，恒温恒压容器中反应过程中压强增大，反应速率大；
②恒温恒容随反应进行压强减小速率减慢，恒温恒压容器中反应过程中压强增大，反应速率大转化率大；
③恒温恒容容器加入惰气总压增大，分压不变，平衡不动，反应速率不变；恒温恒压容器，加入惰气压强减小，平衡向气体体积增大的方向进行．

解答 解：（1）在一个固定容积为5L的密闭容器中充入0.20mol SO₂和0.10molO₂，二氧化硫的浓度=$\frac{0.20mol}{5L}$=0.04mol/L，氧气浓度=$\frac{0.10mol}{5L}$=0.02mol，半分钟后达到平衡，测得容器中含SO₃ 8g，n（SO₃）=$\frac{8g}{80g/mol}$=0.1mol，平衡浓度为$\frac{0.1mol}{5L}$=0.02mol/L，结合化学平衡三段式列式计算，
                2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
起始量（mol/L）  0.04     0.02      0
变化量（mol/L） 0.02     0.01     0.02
平衡量（mol/L） 0.02     0.01     0.02
反应速率V=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.01mol/L}{5L}$=0.002mol/L•min，
平衡常数K=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$=$\frac{0.0{2}^{2}}{0.0{2}^{2}×0.01}$=100，
故答案为：0.002；100；
（2）若温度不变，继续通入0.20mol SO₂和0.10mol SO₃，二氧化硫物质的量浓度c（SO₂）=0.02mol/L+$\frac{0.20mol}{5L}$=0.06mol/L，c（O₂）=0.01mol/L，c（SO₃）=0.02mol/L+$\frac{0.10mol}{5L}$=0.04mol/L，Qc=$\frac{0.0{4}^{2}}{0.0{6}^{2}×0.01}$=44.4＜K，反应正向进行，温度不变达到平衡状态时平衡常数不变，则K₁、K₂之间的关系为相同，
故答案为：正反应方向移动，因为此时的浓度商为44.4，小于平衡常数；=；
（3）①A能保持恒容，B能保持恒压．起始时向容积相等的A、B中分别通入体积比为2：1的等量的SO₂和O₂，使之发生反应：2SO₂+O₂?2SO₃，恒温恒容随反应进行压强减小速率减慢，恒温恒压容器B中反应过程中压强增大，反应速率大，所以达到平衡所需要的时间A小于B，
故答案为：＜；
②起始二氧化硫和氧气浓度相同，反应速率相同，过程中A为恒温恒容容器中的压强小于B恒温恒压容器，反应速率B＞A，二氧化硫转化率A＜B，
故答案为：＜；
③恒温恒容B容器加入惰气总压增大，分压不变，平衡不动，反应速率不变；恒温恒压A容器，加入惰气压强减小，平衡向气体体积增大的方向进行，反应是气体体积减小的反应，所以平衡逆向进行；
故答案为：左；不变．

点评 本题考查化学平衡的计算，为高频考点，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，注意把握平衡常数的计算以及应用，把握做题的思路，难度不大．