Question

6．在450℃并有催化剂存在下，于一容积恒定的密闭容器内进行下列反应：
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-190kJ•mol^-1
（1）该反应500℃时的平衡常数＜450℃时的平衡常数（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）450℃时，在一2L密闭容器中，将二氧化硫和氧化混合，反应过程中SO₂、O₂、SO₃物质的量变化如图，反应处于平衡状态的时间是15～20min和25～30min．
（3）据图判断，反应进行至20min时，曲线发生变化的原因是增大O₂浓度（或通入O₂）（用文字表达），10min到15min的曲线变化的原因可能是AB（填字母）．
A．加了催化剂              B．缩小容器体积
C．降低温度                D．增加SO₃物质的量
（4）欲提高SO₂的转化率，下列措施可行的是b．（填字母）
a．向装置中再充入N₂         b．向装置中再充入O₂
c．改变反应的催化剂          d．升高温度
（5）利用图中数据计算450℃时反应进行至15min时，SO₂的平衡转化率为：20%．
（6）450℃时，另一2L容积不变的密闭容器中，测得某时刻各物质的量如下：
n（SO₂）=0.4mol，n（O₂）=0.2mol，n（SO₃）=0.8mol，则此时该反应向逆反应方向进行（填“正反应方向”“逆反应方向”或“处于平衡状态”）．

Answer 1

分析 （1）化学反应2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-190kJ•mol^-1是放热反应，升温，平衡逆向进行，平衡常数减小；
（2）反应混合物各物质的物质的量不变化，说明反应处于平衡状态；
（3）由图可知，反应进行至20min时，平衡向正反应移动，瞬间只有氧气的浓度增大；由图可知，反应向正反应进行，10min到15min反应混合物单位时间内的变化量增大，说明反应速率增大，10min改变瞬间，各物质的物质的量不变．据此结合选项分析；
（4）提高二氧化硫转化率，平衡正向进行，依据平衡移动原理分析判断；
（5）依据图象分析SO₂物质的量从0.2mol变化为0.16mol，结合转化率概念计算；
（6）平衡常数随温度变化，通过图象数据计算平衡常数，依据反应过程的浓度商和平衡常数比较分析判断．

解答 解：（1）2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-190kJ•mol^-1，反应是放热反应，升温平衡逆向进行，平衡常数减小，所以该反应500℃时的平衡常数小于该反应400℃时的平衡常数，故答案为：＜；
（2）反应混合物各物质的物质的量不变化，说明反应处于平衡状态，由图可知在15-20min和25～30 min出现平台，各组分的物质的量不变，反应处于平衡状态，
故答案为：15-20min和25～30 min；
（3）由图可知，反应进行至20min时，平衡向正反应移动，瞬间只有氧气的浓度增大，应是增大O₂浓度（通入O₂）；
由图可知，反应向正反应进行，10min到15min反应混合物单位时间内的变化量增大，说明反应速率增大，10min改变瞬间，各物质的物质的量不变．
A．加了催化剂，增大反应速率，故A正确；
B．缩小容器体积，增大压强，增大反应速率，故B正确；
C．降低温度反应速率降低，故C错误；
D．10min改变瞬间，各物质的物质的量不变，不是增加SO₃的物质的量，故D错误；
故答案为：增大O₂浓度（通入O₂）；AB；
（4）欲提高SO₂的转化率，平衡正向进行，
a．向装置中再充入N₂，恒温恒容容器，总压增大，分压不变，平衡不动，故a不符合；
b．两种反应物增加一种会提高另一种的转化率，向装置中再充入O₂，二氧化硫转化率增大，故b符合；
c．改变反应的催化剂，改变反应速率但不改变化学平衡，故二氧化硫转化率不变，故c不符合；
d．反应是放热反应，升高温度平衡逆向进行，二氧化硫转化率减小，故d不符合；
故答案为：b；
（5）利用图中数据计算450℃时反应进行至15min时，反应达到平衡状态，SO₂物质的量从0.2mol变化为0.16mol，转化率=$\frac{0.2mol-0.16mol}{0.2mol}$×100%=20%，故答案为：20%；
（6）图象分析，450°C，反应进行至15min时，达到平衡状态，n（SO₂）=0.16mol；n（O₂）=0.08mol；n（SO₃）=0.04mol；
各物质的浓度为：c（SO₂）=0.08mol/L；c（O₂）=0.04mol/L；c（SO₃）=0.02mol/L；
则化学平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）•c（{O}_{2}）}$=$\frac{0.0{2}^{2}}{0.0{8}^{2}×0.04}$=1.56L/mol；
450℃时，另一2L容积不变的密闭容器中，测得某时刻各物质的量为n（SO₂）=0.4mol，n（O₂）=0.2mol，n（SO₃）=0.8mol，则各物质的浓度为：c（SO₂）=0.2mol/L，c（O₂）=0.1mol/L，c（SO₃）=0.4mol/L；
浓度商为：Qc=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）•c（{O}_{2}）}$=$\frac{0．{4}^{2}}{0．{2}^{2}×0.1}$=40＞K，所以反应向逆反应方向进行，
故答案为：向逆反应方向．

点评 本题考查了化学平衡的特征、化学平衡的判断、平衡常数的概念、计算应用，图象分析和数据应用能力，化学平衡状态的判断是高考的热点，注意化学平衡常数只与温度有关，与其他物理量无关，题目难度中等．