Question

在一定温度和压强下，有如下反应：
2SO₂（g）+O₂（g）

催化剂

2SO₃（g），将1.6mol SO₂和0.8mol的O₂放入一体积可变的密闭容器中，测得容器的起始容积为100L．经一段时间后，反应达到平衡，测得混合气体的密度为1.6g?L^-1．请回答下列问题．
（1）达平衡时混合气体的体积为

 

，SO₂的转化率为

 

；
（2）若起始时加入a mol SO₂、b mol O₂，且a：b=2：1，在同样温度和压强下，反应达到平衡时，测得混合气体的容积为120L．则a、b的值分别为：a=

 

，b=

 

．
（3）若容器为体积不变的密闭容器，其容积为100L．起始时加入x mol SO₂、y mol O₂和z molSO₃，反应达到平衡时，温度和压强与（2）完全相同，容器内各气体的体积分数也与（2）达平衡时的情况完全相同．则x、y应该满足的关系式为

 

，x、z应该满足的关系式为

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,等效平衡

专题：化学平衡专题

分析：（1）根据质量守恒及V=

m

ρ

=计算出达到平衡时容器的体积；根据差量法计算出达到平衡时消耗二氧化硫的物质的量，再计算出二氧化硫的转化率；
（2）反应条件为恒温恒压，则（2）达到平衡时与（1）的平衡互为等效平衡，则二氧化硫的转化率、各组分的含量完全相同，根据差量法计算出a、b；
（3）根据该反应与反应（2）为等效平衡进行计算，注意（3）中容器的容积为100L，要求二氧化硫的物质的量为：2.4mol×

100L

120L

=2mol．

解答： 解：（1）达到平衡时容器的体积为：V=

m

ρ

=

64g/mol×1.6L+32g/mol×0.8mol

1.6g/L

=80L，
容器的容积可变，则容器的体积与气体的物质的量成正比，达到平衡时气体的物质的量为：n=（1.6mol+0.8mol）×

80L

100L

=1.92mol，
达到平衡时气体的物质的量减小量为：1.6mo+0.8mol-1.92mol=0.48mol，根据差量法可得：
2SO₂+O₂?2SO₃△n
2    1    2    1
n             0.48mol
达到平衡时消耗二氧化硫的物质的量为：n=

0.48mol×2

1

=0.96mol，
二氧化硫的转化率为：

0.96mol

1.6mol

×100%=60%，
故答案为：80L；60%；
（2）起始时加入amolS0₂、b mol O₂，且a：b=2：l，在同样温度和压强下，该反应达到平衡时与（1）平衡状态互为等效平衡，物质的转化率和百分含量都相同，SO₂的体积分数为与（1）相同，
恒温恒压条件下，容器的容积与气体的总物质的量成正比，则达到平衡时气体的总物质的量为：n=（1.6mol+0.8mol）×

120L

100L

=2.88mol，
达到平衡时二氧化硫的转化率为60%，则反应消耗的二氧化硫的物质的量为0.6amol
则：2SO₂+O₂?2SO₃△n
   2    1    2    1
 0.6amol        （a+b-2.88）mol
则：0.6amol×1=（a+b-2.88）mol×2，
再结合a：b=2：l解得：a=2.4mol、b=1.2mol，
故答案为：2.4；1.2；
（3）若将密闭容器体积固定为100L，起始时加入xmolS0₂、y mol 0₂和z mol SO₃，反应达平衡时，温度、压强与（2）完全相同，容器内各气体的体积分数也与（2）达平衡时的情况完全相同，则（2）（3）互为等效平衡，则有x=2y，且相当于只加二氧化硫和氧气时，起始时二氧化硫的物质的量为x，

x

100

=

2.4

120

，
解得：x=2，
zmol三氧化硫按照计量数转化成二氧化硫也为zmol，
若为等效平衡，则必须满足：x+z=2，
故答案为：x=2y；x+z=2．

点评：本题考查化学平衡的计算、等效平衡判断等知识，题目难度较大，注意等效平衡状态的判断及应用，明确恒温恒压、恒温恒容条件下的等效平衡的特点，试题充分考查了学生的分析、理解能力及化学计算能力．．