Question

7．已知化学反应：O₂（g）+2SO₂（g）?2SO₃（g），其化学平衡常数K和温度t的关系如表：

t℃	700	800	830	1000	1200
K	2.6	1.7	1.0	0.9	0.6

回答下列问题：
（1）该反应的化学平衡常数表达式为K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{c（{O}_{2}）•{c}^{2}（S{O}_{2}）}$．
（2）某温度下，平衡浓度符合下式：c²（SO₃）=c（O₂）•c²（SO₂），试判断此时的温度为830℃．
（3）设在一定体积的密闭容器中充入0.30mol O₂（g）和0.60mol SO₂（g），反应在一定条件下达到平衡时，SO₃的物质的量分数（SO₃的物质的量与反应体系中总的物质的量之比）为$\frac{4}{7}$，该条件下O₂的平衡转化率为$\frac{2}{3}$；该条件下反应2SO₃（g）?O₂（g）+2SO₂（g）的平衡常数K=40．
（4）当O₂与SO₂混合气体以不同比例混合时，测得其平均相对分子质量分别为57.6和44.8，取上述不同比例的混合气体各5L，在一定条件下充分反应后，气体体积均为4L，分别求出O₂在上述混合气体中的体积分数20%、60%．

Answer 1

分析 （1）根据反应的化学平衡常数等于生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比；
（2）某温度下，平衡浓度符合下式：c²（SO₃）=c（O₂）•c²（SO₂），先计算化学平衡常数，根据表中数据确定温度；
（3）设该条件下O₂的平衡转化率为x，
             O₂（g）+2SO₂（g）?2SO₃（g），
开始（mol）0.30        0.60            0
反应（mol）0.30x      0.60x          0.60x  
平衡（mol）0.30（1-x）  0.60（1-x）   0.60x
SO₃的物质的量分数（SO₃的物质的量与反应体系中总的物质的量之比）为$\frac{4}{7}$，根据三氧化硫物质的量分数计算x值；该根据平衡常数概念计算K；
（4）设O₂与SO₂混合气体的物质的量分别为x、y，根据$\overline{M}$=$\frac{m总}{n总}$带入计算x、y可得．

解答 解：（1）反应O₂（g）+2SO₂（g）?2SO₃（g），K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{c（{O}_{2}）•{c}^{2}（S{O}_{2}）}$；
故答案为：$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{c（{O}_{2}）•{c}^{2}（S{O}_{2}）}$；
（2）根据c²（SO₃）=c（O₂）•c²（SO₂），代入K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{c（{O}_{2}）•{c}^{2}（S{O}_{2}）}$=1，平衡常数只与温度有关，故此时温度为830℃；
故答案为：830；
（3）设该条件下O₂的平衡转化率为x，
             O₂（g）+2SO₂（g）?2SO₃（g），
开始（mol）0.30        0.60            0
反应（mol）0.30x      0.60x          0.60x  
平衡（mol）0.30（1-x）  0.60（1-x）   0.60x
SO₃的物质的量分数为$\frac{4}{7}$，则$\frac{0.6x}{0.3（1-x）+0.6（1-x）+0.6x}$=$\frac{4}{7}$，解得x=$\frac{2}{3}$，设容器体积1L，K=$\frac{0．{4}^{2}}{0．{2}^{2}×0.1}$=40；
故答案为：$\frac{2}{3}$；40；
（4）设平均相对分子质量分别为57.6的混合气体O₂与SO₂混合气体的物质的量分别为x、y，则有$\frac{32x+64y}{x+y}$=56.7，解得$\frac{x}{y}$=$\frac{1}{4}$，混合气体5L，则O₂有1LSO₂有4L，则O₂在混合气体中的体积分数为20%；同理设平均相对分子质量分别为44.8的混合气体O₂与SO₂混合气体的物质的量分别为a、b，有$\frac{32a+64b}{a+b}$=44.8，$\frac{a}{b}$=$\frac{3}{2}$，混合气体5L，则O₂有3LSO₂有2L，则O₂在混合气体中的体积分数为60%；
故答案为：20%；60%．

点评 本题考查了化学平衡的有关计算，计算量大，学生要熟练掌握三段式解题的方法，并读清题目信息灵活运用，题目难度较大．