Question

5．将一定量的SO₂和含0.7mol氧气的空气（忽略CO₂）放入一定体积的密闭容器中，550℃时，在催化剂作用下发生反应：2SO₂+O₂$?_{△}^{催化剂}$2SO₃△H＜0．反应达到平衡后，将容器中的混合气体通过过量NaOH溶液，气体体积减少了21.28L；再将剩余气体通过焦性没食子酸的碱性溶液吸收O₂，气体的体积又减少了5.6L（以上气体体积均为标准状况下的体积）．请回答下列问题：
（1）判断该反应达到平衡状态的标志是bc．（填字母）
a．SO₂和SO₃浓度相等             b．SO₂百分含量保持不变
c．容器中气体的压强不变        d．SO₃的生成速率与SO₂的消耗速率相等
e．容器中混合气体的密度保持不变
（2）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．改用效率更高的催化剂       d．升高温度
（3）求该反应达到平衡时SO₂的转化率（用百分数表示）为94.7%．
（4）若将平衡混合气体的5%通入过量的BaCl₂溶液，生成沉淀10.485克？

Answer 1

分析 （1）可逆反应到达平衡时，同种物质的正逆速率相等，各组分的浓度、含量保持不变，由此衍生的其它一些量不变，判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不变化说明到达平衡；
（2）欲提高SO₂的转化率，应改变条件使平衡正向移动，但不能只增大二氧化硫的浓度，否则二氧化硫的转化率会降低；
（3）混合气体通过过量NaOH溶液时，减少的气体是二氧化硫和三氧化硫，剩余气体为氧气，利用硫元素守恒计算二氧化硫起始物质的量，根据剩余氧气的量计算参加反应的氧气的量，再根据方程式计算参加反应二氧化硫物质的量，进而计算二氧化硫转化率；
（4）三氧化硫物质的量等于参加反应的二氧化硫物质的量，三氧化硫反应生成硫酸钡，由S元素守恒计算硫酸钡质量．

解答 解：（1）a．可逆反应到达平衡时SO₂和SO₃浓度不一定相等，与二氧化硫的转化率有关，故错a误；
b．可逆反应达到平衡状态时，各物质的百分含量不变，SO₂百分含量保持不变，说明到达平衡状态，故b正确；
c．随反应进行气体的物质的量减小，恒温恒容下，容器内气体压强减小，当容器中气体的压强不变，说明到达平衡状态，故c正确；
d．SO₃的生成速率与SO₂的消耗速率都表示正反应速率，反应始终二者都按1：1进行，不能说明到达平衡状态，故d错误；
e．混合气体的质量不变，容器的体积不变，所以密度始终不变，不能说明到达平衡状态，故e错误；
故选：bc；
（2）a．向装置中再充入N₂，反应物和生成物的浓度不变，平衡不移动，所以不能提高转化率，故a错误；
b．向装置中再充入O₂，氧气浓度增大，平衡向正反应方向移动，提高了二氧化硫的转化率，故b正确；
c．改变反应的催化剂只改变反应速率，不改变平衡，所以不能提高二氧化硫的转化率，故c错误；
d．正反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，降低了二氧化硫的转化率，故d错误；
故选：b；
（3）混合气体通过过量NaOH溶液时，减少的气体是二氧化硫和三氧化硫，所以三氧化硫和未参加反应的二氧化硫的体积是21.28L，剩余氧气的体积是5.6L，
平衡时二氧化硫、三氧化硫总物质的量为$\frac{21.28L}{22.4L/mol}$=0.95mol，根据S元素守恒可知，二氧化硫起始物质的量为0.95mol，
平衡时氧气物质的量为$\frac{5.6L}{22.4L/mol}$=0.25mol，则参加反应的氧气为0.7mol-0.25mol=0.45mol，由方程式可知参加反应的二氧化硫为0.45mol×2=0.9mol，故二氧化硫的转化率为$\frac{0.9mol}{0.95mol}$×100%=94.7%，
故答案为：94.7%；
（4）若将平衡混合气体的5%通入过量的BaCl₂溶液，三氧化硫反应生成硫酸钡，由S元素守恒生成硫酸钡质量为0.9mol×5%×233g/mol=10.485g，
故答案为：10.485．

点评 本题考查化学平衡计算、平衡状态的判断、影响化学平衡的因素等知识点，注意判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不变化说明到达平衡．