Question

4．化学反应原理在科研和生产中有广泛应用．
（1）SO₂可用于制硫酸．已知25℃、101kPa时：
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-197kJ/mol；
①已知：H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44kJ/mol；
2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）═2H₂SO₄（l）△H=-545kJ/mol．
则SO₃（g）与H₂O（l）反应的热化学方程式是SO₃（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）△H=-130kJ/mol．
②对于反应2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），在压强为P₁时，混合体系中SO₃的百分含量和温度的关系如图1所示（曲线上任何一点都表示平衡状态）．若温度为T₁时，反应进行到状态B时，V_正＞V_逆（填“＞”“＜”或“=”）．在图1中画出压强为P₂（P₂＞P₁）时SO₃的百分含量随温度的变化曲线图．

③实验室模拟化工生产，在恒容密闭容器中冲入一定量SO₂和O₂后，分别在不同实验条件下反应，O₂浓度随时间变化如图2．与实验Ⅰ比较，实验Ⅱ改变的条件为加入催化剂．
（2）一定条件下，溶液的酸碱性对TiO₂光催化燃料R降解反应的影响如图所示．
①在20-25min之间，pH=10时R的平均降解速率4×10^-6mol•L^-1•min^-1．
②从图中可以读出，溶液的酸性与降解速率的关系是：溶液的酸性越强，R的降解速率越大．
（3）已知反应：TaS₂（s）+2I₂（g）?TaI₄（g）+S₂（g）△H＞0；
某温度下，该反应的平衡常数K=1，向某恒容容器中加入1mol I₂ （g）和足量TaS₂（s），I₂ （g）的平衡转化率为67%（保留两位有效数字）．

Answer 1

分析 （1）①利用盖斯定律，将热化学方程式进行运算，（③-①+②）×$\frac{1}{2}$计算反应的焓变，得到SO₃ （g）与H₂O（l）反应的热化学方程式；
②B状态未达平衡，混合体系中SO₃的百分含量小于平衡时的，反应向正反应进行；反应2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）是气态体积减小的反应，P₂＞P₁ ，增大压强，平衡正向进行相同温度下三氧化硫百分含量增大，据此画出图象；
③与实验Ⅰ比较，实验Ⅱ达到平衡时间少，说明反应速率增大，但平衡不移动，应加入催化剂；
（2）①根据平均降解速率v=$\frac{△c}{△t}$进行计算；
②对比溶液的酸性强弱对R的降解速率的影响进行判断；
（3）通过题意求出平衡浓度，带入K值可以得出转化率．

解答 解：（1）①2SO₂（g）+O₂（g）=2SO₃（g）△H₁=一197kJ/mol ①
2H₂O （g）=2H₂O（1）△H₂=-44kJ/mol ②
2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）=2H₂SO₄（l）△H₃=一545kJ/mol③
利用盖斯定律：（③-①+②）×$\frac{1}{2}$得SO₃ （g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）△H=-130kJ/mol，
故答案为：SO₃（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）△H=-130kJ/mol；
②B状态未达平衡，混合体系中SO₃的百分含量小于平衡时的，反应向正反应进行，所以V_正＞V_逆，反应2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）是气态体积减小的反应，P₂＞P₁ ，增大压强，平衡正向进行相同温度下三氧化硫百分含量增大，画出的图象为：，
故答案为：＞；；
③与实验Ⅰ比较，实验Ⅱ达到平衡时间少，说明反应速率增大，但平衡不移动，应加入催化剂，而压强、温度都可使平衡移动，
故答案为：使用催化剂；
（2）①在20-25min之间，pH=10时R的平均降解速率为$\frac{0.6-0.4}{5}$×10^-4=4×10^-6mol•L^-1•min^-1，
故答案为：4×10^-6mol•L^-1•min^-1；
②溶液酸性越强，即pH越小，线的斜率越大，可以知道R的降解速率越大，
故答案为：溶液酸性越强，R的降解速率越大；
（3）K=1，设 I₂的平衡转化率为x，则参加反应的为xmol，平衡时生成TaI₄和S₂各0.5xmol，剩余I₂为（1-x）mol，
根据K=$\frac{c（Ta{I}_{4}）c（{S}_{2}）}{{c}^{2}（{I}_{2}）}$=$\frac{0.5x×0.5x}{（1-x）^{2}}$=1，
解之得：x=67，
故答案为：67%．

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，题目涉及化学反应的吸放热于反应物产物能量之间的关系、热化学方程式和盖斯定律的计算等知识，难度中等．