Question

5．实验室模拟SO₂与O₂在一定条件下反应生成SO₃．现将1.00mol SO₂与1.00mol O₂置于一体积不变的1L密闭容器中发生反应：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=a kJ•mol^-l．在其他条件不变的情况下，不同温度时SO₃的浓度（mol•L^-1）随时间（min）的变化如表格所示：

	0	5	10	15	20	25	30
T1	0	0.20	0.30	0.39	0.47	0.50	0.50
T2	0	0.25	0.40	0.40	0.40	0.40	0.40

（1）判断T₁＜T₂（填“＞”“＜”或“=”），a＜0（填“＞”或“＜”），平衡常数表达式为K=$\frac{[S{O}_{3}]^{2}}{[S{O}_{2}]^{2}•[{O}_{2}]}$．
（2）T₁温度下，0～10min内化学反应速率v（O₂）=0.015mol•L^-1•min^-1，T₂温度下的化学平衡常数K=0.56（不写单位）．
（3）下列有关该反应的说法正确的是D．
A．T₁温度时，反应在10min时的混合气体密度是30min时密度的0.6倍
B．T₁温度时，反应在10min时的混合气体的平均相对分子质量与30min时相等
C．T₂温度时，当c（SO₂）=c（SO₃）时达到化学平衡状态
D．T₁、T₂温度下分别达到化学平衡状态时，T₁温度下压强小
（4）如图是在T₁温度下的v-t图象．在T₁温度下30min时将容器的体积缩小至0.5L，请在图象中画出在T₁温度下重新达到平衡的图象（正反应速率和逆反应速率分别表示为v_正′和v_逆′）．

Answer 1

分析 （1）升高温度，化学平衡向着吸热方向移动，物质的燃烧反应是放热的，大多数的化合反应是放热的，化学平衡常数等于产物平衡浓度系数次幂之积和反应物平衡浓度系数次幂之积的比值，据此回答；
（2）化学反应中各物质表示的速率之比等于系数之比，根据三行式计算平衡常数；
（3）A．混合物在不同时刻的密度等于混合物的质量和体系的体积的比值；
B．T₁温度时，混合气体的平均相对分子质量等于质量和物质的量的比值；
C．T₂温度时，当c（SO₂）=c（SO₃）时，正逆反应速率不一定相等；
D．T₁、T₂温度下分别达到化学平衡状态时，压强和物质的量成正比．
（4）在T₁温度下30min时将容器的体积缩小至0.5L，压强增加，所以正逆反应速率都增加，但是平衡正向移动，所以正反应速率大于逆反应速率．

解答 解：（1）二氧化硫和氧气的化合反应是放热的，所以a小于零，升高温度，化学平衡向着吸热方向移动，逆向移动，所以三氧化硫的平衡浓度减小，所以T₁＜T₂，该反应的表达式为K=$\frac{[S{O}_{3}]^{2}}{[S{O}_{2}]^{2}•[{O}_{2}]}$；故答案为：＜；＜；$\frac{[S{O}_{3}]^{2}}{[S{O}_{2}]^{2}•[{O}_{2}]}$；
（2）T₁温度下，0～10min内化学反应速率v（SO₃）=$\frac{0.3mol/L}{10min}$=0.03mol•L^-1•min^-1，反应中各物质表示的速率之比等于系数之比，所以0～10min内化学反应速率v（O₂）=$\frac{1}{2}$×0.03mol•L^-1•min^-1=0.015  mol•L^-1•min^-1，
  T₂温度下：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
初始浓度：1         1      0
变化浓度：0.4       0.2    0.4
平衡浓度：0.6       0.8     0.4
K=$\frac{0．{4}^{2}}{0．{6}^{2}×0.8}$=0.56，故答案为：0.015；0.56；
（3）A．T₁温度时，混合物在不同时刻的密度等于混合物的质量和体系的体积的比值，反应进行后质量守恒，体系体积不变，所以密度始终不变，即反应在10min时的混合气体密度和30min时密度相等，故A错误；
B．T₁温度时，混合气体的平均相对分子质量等于质量和物质的量的比值，所以相对分子质量之比和物质的量成反比，反应在10min时与30min时气体的物质的量不同，所以
反应在10min时的混合气体的平均相对分子质量与30min时不相等，故B错误；
C．T₂温度时，当c（SO₂）=c（SO₃）时，正逆反应速率不一定相等，不一定达到化学平衡状态，故C错误；
D．T₁、T₂温度下分别达到化学平衡状态时，根据变化量之比等于系数比，得到T₁温度下，混合物的物质的量是1.75mol，T₂温度下，混合物的物质的量是1.8mol，压强和物质的量成正比，即T₁温度下压强小．
故选D．
（4）在T₁温度下30min时将容器的体积缩小至0.5L，压强增加，所以正逆反应速率都增加，但是平衡正向移动，所以正反应速率大于逆反应速率，图象如下图所示，故答案为：．

点评 本题涉及平衡常数的计算、反应速率的计算以及反应速率和平衡移动之间的关系图象知识，属于综合知识的考查，难度中等．