Question

11．硫酸工业用SO₂制取SO₃的反应为：2SO₂+O₂ $?_{加热}^{催化剂}$2SO₃△H=-47kJ/mol．不同温度下，反应的平衡常数如表：

温    度	200℃300℃400℃
平衡常数	K1         K2         K3

（1）反应的平衡常数表达式为=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）•c（{O}_{2}）}$
（2）下列描述中能说明上述反应已达到平衡的是bd（填序号）
a．v（O₂）_正=2v（SO₃）_逆                 b．容器中气体的平均分子量不随时间而变化
c．容器中气体的密度不随时间而变化         d．容器中气体的分子总数不随时间而变化
（3）在上述平衡体系中加入¹⁸O₂，当平衡发生移动后，SO₂中¹⁸O的百分含量增加（填增加、减少、不变）其原因是该反应是可逆反应，在SO₂和¹⁸O₂反应生成S¹⁸O₃的同时，S¹⁸O₃又分解生成S¹⁸O₂．
（4）一定温度下，把2molSO₂和1molO₂通入一恒容密闭容器中，平衡时SO₃的体积分数为x．保持温度不变，若初始加入的SO₂、O₂和SO₃的物质的量分别为a、b、c，当a、b、c的取值满足下列关系时才能保证达到平衡时SO₃的体积分数仍为x．
①a+c=2（填a与c的关系）、②2b+c=2（填b、c的关系）．
（5）工业上用Na₂SO₃吸收尾气中的SO₂，再用如图装置电解（惰性电极）NaHSO₃制取H₂SO₄，阳极电极反应式4OH^--4e^-=2H₂O+O₂，阳极区逸出气体的成分为O₂、SO₂（填化学式）．

Answer 1

分析 （1）根据平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积；
（2）当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化，据此解答，解题时要注意，选择判断的物理量，随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态；
（3）根据可逆反应的特点进行判断；
（4）根据等效平衡进行计算；
（5）阳极上阴离子失去电子发生氧化反应，且酸与亚硫酸氢根离子反应．

解答 解：（1）2SO₂+O₂ $?_{加热}^{催化剂}$2SO₃，K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）•c（{O}_{2}）}$，故答案为：K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）•c（{O}_{2}）}$；
（2）a．v_正（O₂）=2v_逆（SO₃），反应速率之比与化学计量数之比不等，故a错误；
b．平均分子量=$\frac{总质量}{总物质的量}$，总质量一定，总物质的量会变，故容器中气体的平均分子量不随时间而变化能说明到达平衡状态，故b正确；
c．随反应进行气体的质量不变，容器的体积也不变，故容器中气体的密度不随时间而变化不能说明到达平衡状态，故c错误；
d．随反应进行气体的分子数减少，故容器中气体的分子总数不随时间而变化能说明到达平衡状态，故d正确；
故答案为：bd；
（3）2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）的平衡体系中加入¹⁸O₂，由于反应是可逆反应，所以达到新的平衡后¹⁸O₂出现在SO₂、O₂与SO₃中，故SO₂中¹⁸O的百分含量增加，
故答案为：增加；该反应是可逆反应，在SO₂和¹⁸O₂反应生成S¹⁸O₃的同时，S¹⁸O₃又分解生成S¹⁸O₂；
（4）2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃
Ⅰ2mol     1mol          0
Ⅱa       b            c  
当SO₂和SO₃的物质的量之和为2 mol时，才能保证反应初始SO₂的物质的量为2mol，即a+c=2mol，此时要求O₂为1mol，那么就有b+0.5c=1mol．
满足此两条件方可使平衡与原平衡为等效平衡，
故答案为：a+c=2；2b+c=2；
（5）阳极电极是氢氧根离子放电，阳极反应为4OH^--4e^-=2H₂O+O₂、HSO₃^--2e^-+H₂O=3H⁺+SO₄^2-，且部分亚硫酸氢根离子会和氢离子反应生成二氧化硫气体，
故答案为：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂；O₂、SO₂．

点评 本题考查影响化学平衡移动的因素、平衡状态的判断、平衡常数表达式、等效平衡、电极反应式的书写等知识点，难度较大．要注意等效平衡的条件．