Question

10．用化学反应原理研究氮的氧化物和硫的氧化物有着重要的意义．
（1）已知：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H₁
2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H₂
NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）△H₃
则△H₃=$\frac{△{H}_{1}-△{H}_{2}}{2}$ （用△H₁、△H₂ 表示），如果上述三个反应方程式的平衡常数分别为K₁、K₂、K₃，则K₃=$\sqrt{\frac{{K}_{1}}{{K}_{2}}}$（用K₁、K₂ 表示）．
（2）如图1所示，A是恒容的密闭容器，B是一个体积可变的充气气囊．保持恒温，关闭K₂，分别将2mol NO 和1mol O₂ 通过K₁、K₃ 分别充入A、B 中，发生的反应为2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）[[不考虑2NO₂（g）?N₂O₄（g）]，起始时A、B 的体积相同均为a L．

①下列说法和示意图2正确，且既能说明A容器中反应达到平衡状态，又能说明B容器中反应达到平衡状态的是a．
a．A、B 容器中气体的颜色均不再发生变化
b．A、B 容器中NO 和O₂物质的量浓度比均为2：1
②T℃时，A 容器中反应达到平衡时的平衡常数Kp=8×10^-2（kPa）^-1．若A 容器中反应达到平 衡时p（NO₂）=200kPa，则平衡时NO的转化率为66.7%． （Kp 是用平衡分压代替平衡浓=×度计算所得平衡常数，分压 总压 物质的量分数）
（3）将0.2mol SO₂ 和0.15mol O₂通入2L 的密闭容器中，测得SO₂的物质的量随时间变化如图3实线所示．

编号	a	b	c	d	e
n（SO2）/mol	0.16	0.12	0.09	0.07	0.07
t/min	2	5	8	15	22

①ab段平均反应速率大于（填“大于”“小于”或“等于”）bc 段平均反应速率：de 段平均反应速率为0．
②仅改变某一个实验条件，测得SO₂ 的物质的量随时间变化如图3中虚线所示，则改变的条件加入催化剂是加入催化剂．

Answer 1

分析 （1）①2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H₁；
②2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H₂，
由盖斯定律可知，反应SO₂（g）+NO₂（g）?NO（g）+SO₃（g）△H=$\frac{①-②}{2}$，如果上述三个反应方程式的平衡常数分别为K₁、K₂、K₃，所以K₃=$\sqrt{\frac{{K}_{1}}{{K}_{2}}}$；
（2）①达平衡时正逆反应速率相等，各组分的浓度保持不变的状态；
②由2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）起始反应物投入量2mol NO 和1mol O₂，设开始时NO压强为2P，O₂压强为P，列三段式，根据平衡常数p（NO₂）=200kPa，计算出平衡时的总压；
（3）①随着反应的进行深度逐渐减小，所以ab段平均反应速率大于bc 段平均反应速率，de 达平衡状态，浓度变化量为0；
②由图可知反应达平衡的时间缩短，而其它量不变，且仅改变某一个实验条件，所以使用催化剂．

解答 解：（1）①2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H₁；
②2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H₂，
由盖斯定律可知，反应SO₂（g）+NO₂（g）?NO（g）+SO₃（g）△H=$\frac{①-②}{2}$=$\frac{△{H}_{1}-△{H}_{2}}{2}$；所以K₃=$\sqrt{\frac{{K}_{1}}{{K}_{2}}}$，
故答案为：$\frac{△{H}_{1}-△{H}_{2}}{2}$；$\sqrt{\frac{{K}_{1}}{{K}_{2}}}$；
（2）①a．A、B 容器中气体的颜色均不再发生变化，说明二氧化氮的浓度保持不变，达平衡状态，故正确；
b．两者起始量为2：1，变化量为2：1，所以A、B 容器中NO 和O₂物质的量浓度比始终为2：1，故错误；
故选a；
②由       2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）起始反应物投入量2mol NO 和1mol O₂，设开始时NO压强为2P，O₂压强为P，
开始（kPa） 2P       P        0
转化（kPa）200      100     200
平衡（kPa）2P-200   P-100   200
Kp=$\frac{20{0}^{2}}{（2P-200）^{2}×（P-100）}$=8×10^-2（kPa）^-1，解得P=150kPa，所以则平衡时NO的转化率为：$\frac{200}{2×150}×100%$=66.7%，
故答案为：66.7%；
（3）①随着反应的进行深度逐渐减小，所以ab段平均反应速率大于bc 段平均反应速率，de 达平衡状态，浓度变化量为0，所以de 段平均反应速率为0，
故答案为：大于；0；
②由图可知反应达平衡的时间缩短，而其它量不变，且仅改变某一个实验条件，所以使用催化剂，故答案为：加入催化剂．

点评 本题考查反应热、盖斯定律的应用以及平衡常数的相关计算等，难度较大，注意平衡状态在理解及应用．