Question

10．研究NO₂、SO₂、CO等大气污染气体的处理具有重要意义．
I．已知：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）
（1）一定条件下，将NO₂与SO₂以体积比1：2置于恒容密闭容器中发生上述反应，下列能说明反应达到平衡状态的是bc．
a．体系压强保持不变               
b．混合气体颜色保持不变
c．SO₂和NO₂的体积比保持不变       
d．每消耗1mol SO₃的同时生成1molNO₂
e．气体密度保持不变
（2）若保持体积不变，升高温度，体系颜色加深，则说明该反应的△H＜0（填”＞””＜”或”=”）
II．对于反应2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）；△H=-196.6kJ/mol．
在一定温度下，向一个容积不变的容器中，通入3mol SO₂和2mol O₂及固体催化剂，使之反应．平衡时容器内气体压强为起始时的90%．此时
（3）加入3mol SO₂和2mol O₂发生反应，达到平衡时，放出的热量为98.3kJ．
（4）保持同一温度，在相同的容器中，将起始物质的量改为amol SO₂、bmol O₂、cmol SO₃（g）及固体催化剂，欲使起始时反应表现为向正反应方向进行，且平衡时SO₃的体积分数为2/9，a的取值范围是2＜a≤3．
（5）保持同一温度，在相同容器中，将起始物质的量改为3mol SO₂、6mol O₂、3mol SO₃（g）及固体催化剂，则平衡不移动．（填“正向、不、逆向或无法确定是否”）
（6）某SO₂（g）和O₂（g）体系，时间t₁达到平衡后，改变某一外界条件，反应速率v与时间t的关系如图所示，若不改变SO₂（g）和O₂（g）的量，则图中t₄时引起平衡移动的条件可能是升高温度；图中表示平衡混合物中SO₃的含量最高的一段时间是t₃～t₄．
（7）各阶段平衡时对应的平衡常数如表所示：

t1～t2	t3～t4	t5～t6	t6～t7
K1	K2	K3	K4

K₁、K₂、K₃、K₄之间的关系为k₁=k₂＞k₃=k₄．

Answer 1

分析 （1）利用平衡的特征“等、定”及由此衍生的一些物理量来判断；
（2）升高温度，体系颜色加深，则说明平衡逆向移动，由此判断该反应的△H；
（3）根据压强之比等于物质的量之比计算平衡时混合气体总的物质的量，再利用差量法计算参加反应的二氧化硫的物质的量，结合热化学方程式计算放出的热量；
（4）根据（1）计算可知，原平衡时SO₃的体积分数为$\frac{1mol}{4.5mol}$=$\frac{2}{9}$，将起始物质的量改为amol SO₂、bmol O₂、cmol SO₃（g）及固体催化剂，平衡时SO₃的体积分数为$\frac{2}{9}$，则与原平衡为等效平衡，计算原平衡时二氧化硫的物质的量，欲使起始时反应表现为向正反应方向进行，则a应大于原平衡状态时二氧化硫的物质的量，结合极限法判断；
（5）假定体积为VL，利用三段式计算原平衡时各组分的物质的量，进而计算平衡常数，将起始物质的量改为3mol SO₂、6mol O₂、3mol SO₃（g）及固体催化剂，计算此时的浓度商，与平衡常数比较判断反应进行方向；
（6）t₄时正逆反应速率都较原平衡时的速率大，可升高温度或增大压强；t₆时正逆反应速率都较原平衡时的速率大，但平衡不移动，前后气体系数之和不等，只能是使用催化剂；在反应向逆反应之前衡混合物中CO的含量最高；
（7）平衡常数只与温度有关，温度改变平衡常数改变，据此判断．

解答 解：（1）①a．由反应可知，三氧化硫是气体，反应前后气体的物质的量改变，体系压强始终保持不变，不能判定平衡状态，故a错误；
b．混合气体的颜色保持不变，即二氧化氮的浓度不变，达到平衡状态，故b正确；
c．SO₂和NO₂起始量不等，变化量相等，当SO₂和NO₂的体积比保持不变，可判断反应达到平衡，故c正确；
d．每生成1 mol SO₃的同时消耗1mol NO₂，只能判断正反应速率，不能确定正逆反应速率的关系，不能判定平衡状态，故d错误；
e．混合气体的质量和体积始终不变，密度始终是定值，不一定是平衡状态，故e错误；
故答案为：bc；
（2）升高温度，体系颜色加深，说明平衡逆向移动，则该反应的△H＜0，故答案为：＜；
（3）由题意气体压强为起使时的90%，则反应后总的物质的量为起使时的90%，平衡时总物质的量为（3mol+2mol）×90%=4.5mol，则平衡时各组成物质的量变化为：
  2SO₂+O₂?2SO₃ 物质的量减少△n
  2    1    2              1
1mol  0.5mol 1mol  （3mol+2mol）-4.5mol=0.5mol
此时放出的热量为196.6KJ×$\frac{0.5mol}{1mol}$=98.3KJ，
故答案为：98.3kJ；
（4）原平衡时SO₃的体积分数为$\frac{1mol}{4.5mol}$=$\frac{2}{9}$，将起始物质的量改为amol SO₂、bmol O₂、cmol SO₃（g）及固体催化剂，平衡时SO₃的体积分数为$\frac{2}{9}$，则与原平衡为等效平衡，则a+c=3  b+0.5c=2，由（1）计算可知，平衡时二氧化硫的物质的量为3mol-1mol=2mol，欲使起始时反应表现为向正反应方向进行，则2＜a≤3，
故答案为：2＜a≤3；
（5）由题意气体压强为起使时的90%，则反应后总的物质的量为起使时的90%，平衡时总物质的量为（3mol+2mol）×90%=4.5mol，则平衡时各组成物质的量变化为：
           2SO₂+O₂?2SO₃
开始（mol）：3    2   0
变化（mol）：1   0.5  1
平衡（mol）：2   1.5  1
假定体积为VL，则k=$\frac{（\frac{1}{V}）^{2}}{（\frac{2}{V}）^{2}×\frac{1.5}{V}}=\frac{V}{6}$，将起始物质的量改为3mol SO₂、6mol O₂、3mol SO₃（g）及固体催化剂，此时的浓度商Qc=$\frac{（\frac{3}{V}）^{2}}{（\frac{3}{V}）^{2}×\frac{6}{V}}=\frac{V}{6}$，等于平衡常数，处于平衡状态，平衡不移动，
故答案为：不；
（6）t₄时正逆反应速率都较原平衡时的速率大，反应向逆反应方向移动，升高温度；t₆时正逆反应速率都较原平衡时的速率大，但平衡不移动，前后气体系数之和不等，只能是使用催化剂；在t₄时反应向逆反应方向移动，则t₃～t₄时平衡混合物中CO的含量最高，
故答案为：升高温度；t₃～t₄；
（7）由图象分析可知，t₁～t₂与t₃～t₄温度相同，t₅～t₆与t₇～t₈温度相同，且t₄后升高温度，平衡逆向移动，平衡常数逆向移动，则k₁=k₂＞k₃=k₄，
故答案为：k₁=k₂＞k₃=k₄．

点评 考查反应热的计算、平衡状态的判断、化学平衡影响因素和平衡计算的分析判断，（5）中反应进行方向判断为易错点、难点，综合性较强，掌握基础是关键，题目难度中等．