Question

硫酸生产中，接触室内的反应为：
2SO₂（g）+O₂（g）

催化剂  .

△

2SO₃（g）△H=-Q kJ?mol^-1．
（1）600℃时，在一个体积为1L且恒容的密闭容器中，将二氧化硫和氧气混合发生反应，反应过程中SO₂、O₂、SO₃物质的量的变化如图1所示：
①反应从0min 开始到第一次平衡时，二氧化硫的转化率为

 

．
②比较反应物SO₂在10-15min和20-25min时平均反应速率的大小：v（10-15）

 

v（20-25）（填“＜”、“＞”或“=”）．
③计算在第18min时逆反应的平衡常数K=

 

④若上述反应达到平衡后，只改变一个条件（x），下列量（y）的变化一定符合如图2中曲线的是

 

（填字母）

	X	y
A	再加入SO2	O2的转化率
B	再加入SO3	SO2的体积分数
C	压强	混合气体的物质的量
D	温度	混合气体的平均摩尔质量

（2）在相同温度和体积均为1L的四个密闭容器中，保持温度和容积不变，以四种不同的投料进行反应，有关数据如表：

容器	甲	乙	丙	丁
起始投入量	2mol SO2+ 1mol O2	1mol SO2+ 0.5mol O2	2mol SO3	2mol SO2+ 2mol O2
反应放出或 吸收的热量（kJ）	a	b	c	d
平衡时c（SO3）（mol/L）	e	f	g	h

下列关系正确的是

 

（填序号）
A．a＞2b；e＞2fB．a=c；e=g  C．a＞d；e＞h  D．c+0.5Qe=Q
（3）工业制取硫酸是一个连续的生产过程．今测得进入接触室时混合气体（396K、40000kPa，主要成分为SO₂、O₂、N₂）的流量为1.0m³/s，从接触室导出气体（792K、40000kPa）的流量为1.8m³/s，则导出气体中SO₃所占的体积分数为

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的计算

专题：

分析：（1）①根据图象判断第一次达到平衡时消耗二氧化硫的物质的量，再计算出其转化率；
②反应速率v=

△c

△t

，在10-15min和20-25min的时间变化相同，可以根据二氧化硫的物质的量变化判断v（10-15）、v（20-25）的大小；
③在第18min时处于平衡状态，根据图象数据计算出平衡时各组分的浓度，然后根据平衡常数的表达式及该反应方程式计算出其平衡常数；
④根据图2中曲线变化及化学平衡的影响因素进行解答；
（2）A、若将甲容器扩大为原来的2倍，则达平衡时甲与乙容器的浓度相等，但放出的热量是乙的2倍，现将甲容器再恢复为原来的体积，即加压，平衡向正反应方向移动；
B、甲容器起始时反应向正反应方向进行，而丙容器起始时反应向逆反应方向进行，反应热不同；
C、丁中氧气浓度增大，平衡向着正向移动，放出的热量增多；
D、根据平衡时甲中三氧化硫的物质的量计算出放出的热量，再根据甲和丙为反应方向相反的等效平衡进行判断；
（3）根据pV=nRT及气体物质的量与体积的关系判断反应前后气体物质的量变化，然后根据差量法计算出反应生成的三氧化硫的物质的量，再计算出其体积分数即可．

解答： 解：（1）①根据图象曲线变化可知，第一次达到平衡时二氧化硫的物质的量为1.6mol，则二氧化硫的转化率为：

2mol-1.6mol

2mol

×100%=20%，
故答案为：20%；
 ②在10-15min和20-25min的时间变化都为5min，在10-15min二氧化硫的物质的量变化为0.4mol，而在在20-25min二氧化硫的物质的量变化小于0.2mol，根据反应速率v=

△c

△t

可知，v（10-15）一定大于v（20-25），
故答案为：＞；
③第18min时该反应处于平衡状态，三氧化硫的浓度为：c（SO₃）=

0.4mol

1L

=0.4mol/L、c（SO₂）=

1.6mol

1L

=1.6mol/L、c（O₂）=

0.8mol

1L

=0.8mol/L，则该反应的逆反应为2SO₃（g）?2SO₂（g）+O₂（g），其平衡常数为：K=

0.8×1．62

0．42

=1.28，
故答案为：1.28；
 ④图2中，随着x的增大，y逐渐增大，直至接近一个最大值，
A．加入二氧化硫后，可以氧气的转化率会增大，符合图象曲线变化，故A正确；
B．加入三氧化硫后，相当于增大了压强，平衡向着正向移动，则达到平衡时二氧化硫的含量减小，与图象不相符，故B错误；
C．增大压强后，平衡向着正向移动，混合气体的物质的量减小，故C错误；
D．升高温度，平衡向着逆向移动，混合气体的物质的量增大，则平均摩尔质量减小，故D错误；
故答案为：A；
（2）A、若将甲容器扩大为原来的2倍，则达平衡时甲与乙容器的浓度相等，但放出的热量甲是乙的2倍，现将甲容器再恢复为原来的体积，即加压，平衡向正反应方向移动，则放热又增多，故有a＞2b；e＞2f，故A正确；
B、甲和丙为等效平衡，则达到平衡时三氧化硫的浓度相等，即：e=g，但是甲容器起始时反应向正反应方向进行，而丙容器起始时反应向逆反应方向进行，虽然最后是等效平衡，但它们的转化率之和为100%，应该a+c=Q，但是a不一定等于c，故B错误；
C、丁中的O₂可看作是在甲平衡后再充入1 mol O₂，则平衡正向移动，放热增多，即有a＜d，同时有e＜h，故C错误；
D、根据反应：2SO₂+O₂=2SO₃ △H=-QkJ?mol^-1
                      2         Q
                      e         a
解得a=0.5eQ，由选项B解析可知，a+c=Q，即0.5eQ+c=Q，故D正确；
故答案为：AD；   
（3）由PV=nRT可知，反应后温度为反应前的两倍，则反应前流量1.0m³/s，在反应后条件下流量为：2.0m³/s；
反应后流量为1.8m³/s，根据V=nV_m可知，反应后气体的物质的量相当于反应前的：

1.8

2

=0.9倍，设反应前为1mol的混合气体，反应后应该为0.9 mol，减少了0.1mol，则：
2SO₂+O₂?2SO₃ 减少的物质的量△n
 2    1   2        2
        0.2 mol   0.1 mol
故反应中共生成0.2 molSO₃，导出气体中SO₃所占的体积分数为：

0.2mol

0.9mol

=

2

9

，
故答案为：

2

9

．

点评：本题考查了化学平衡的计算，涉及化学反应速率、化学平衡常数的计算、化学平衡的影响因素、等效平衡的应用等知识，题目难度较大，计算量较大，知识点较多，注意掌握化学平衡及其影响，明确等效平衡的判断方法，试题充分考查的学生的分析、理解能力及化学计算能力．