Question

2．已知体积为2L的恒容密闭容器中发生反应：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），请根据化学反应的有关原理回答下列问题：
（1）一定条件下，充入2mol SO₂（g） 和2mol O₂（g），20s后，测得SO₂的体积百分含量为12.5%，则用SO₂表示该反应在这20s内的反应速率为0.04mol/（L•s）．
（2）该反应的平衡常数（K）表达式为$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）c（{O}_{2}）}$，若降温其值增大，则该反应的△H＜0（填“＞”或“＜”或“=”）．
（3）如图1表示该反应的速率（v）随时间（t）的变化的关系：据图分析：你认为t₁时改变的外界条件可能是升高温度；t₆时保持体积不变向体系中充入少量He气，平衡不移动．（填“向左”“向右”或“不”）．SO₃%含量最高的区间是t₀～t₁（t₀～t₁，t₂～t₃，t₃～t₄，t₅～t₆）
（4）如图2，P是可自由平行滑动的活塞，在相同温度时，向A容器中充入4mol SO₃（g），关闭K，向B容器中充入2mol SO₃（g），两容器内分别充分发生反应．已知起始时容器A和B的体积均为a L．试回答：
①反应达到平衡时容器B的体积为1.2a L，容器B中SO₃转化率为40%．
②若打开K，一段时间后重新达到平衡，容器B的体积为2.6aL（连通管中气体体积忽略不计，且不考虑温度的影响）．

Answer 1

分析 （1）一定条件下，充入2.0mol SO₂（g） 和2.0mol O₂（g），20s后达平衡，测得SO₃的体积分数为12.5%，则：
           2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
起始量（mol）：2        2       0
变化量（mol）：2x       x       2x
平衡量（mol）：2-2x     2-x     2x
故  $\frac{2-2x}{4-x}$=12.5%，解得x=0.8，再根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（SO₂）；
（2）化学平衡常数是平衡时生成物浓度幂之积比反应物浓度幂之积，所以K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）c（{O}_{2}）}$计算平衡常数；若降温平衡常数增大，则平衡正向移动，正反应为放热反应；
（3）如图1表示该反应的速率（v）随时间（t）的变化的关系：据图分析：t₁时正逆反应速率增大，而反应是放热反应，所以t₁时是升高温度，t₃时正逆反应速率同等程度增大，而反应前后两边的计量数不等，所以t₃时使用催化剂t₄改变的条件是减小压强；t₆时保持体积不变向体系中充入少量He气，各组分的浓度不变，平衡不移动，SO₃%含量最高的区间是t₀～t₁；
（4）根据恒温恒压条件下，气体的物质的量之比等于容器的容积之比计算出消耗的三氧化硫的物质的量；根据等效平衡的知识判断6mol三氧化硫达到平衡时容器的体积，然后计算出打开K后容器B的体积．

解答 解：（1）一定条件下，充入2.0mol SO₂（g） 和2.0mol O₂（g），20s后达平衡，测得SO₃的体积分数为12.5%，则：
           2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
起始量（mol）：2        2       0
变化量（mol）：2x       x       2x
平衡量（mol）：2-2x     2-x     2x
故$\frac{2-2x}{4-x}$=12.5%，解得x=0.8，v（SO₂）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{2×0.8mol}{2L}}{20s}$=0.04mol/（L•s），故答案为：0.04；
（2）化学平衡常数是平衡时生成物浓度幂之积比反应物浓度幂之积，所以K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）c（{O}_{2}）}$；若降温平衡常数增大，则平衡正向移动，正反应为放热反应，
故答案为：$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）c（{O}_{2}）}$；＜；
（3）如图1表示该反应的速率（v）随时间（t）的变化的关系：据图分析：t₁时正逆反应速率增大，但增大程度不同，逆反应速率增大的大，反应是放热反应，所以t₁时改变的条件是升温，t₃时正逆反应速率同等程度增大，而反应前后两边的计量数不等，所以t₃时使用催化剂t₄改变的条件是减小压强，t₆时保持体积不变向体系中充入少量He气，各组分的浓度不变，平衡不移动，上述分析可知，SO₃%含量最高的区间是t₀～t₁，
故答案为：升高温度；不；t₀～t₁；     
（4）①反应达到平衡时容器B的体积为1.2a L，B为恒压条件下，容器的容积与气体的物质的量成正比，说明达到平衡时气体的物质的量为反应前的1.2倍，即平衡时混合气体的物质的量为2.4mol，气体物质的量之间了0.2mol，设反应消耗了三氧化硫nmol，则
 2SO₃（g）?2SO₂（g）+O₂（g）△n
  2          2       1       1mol
  n                        0.4mol
n=0.8mol，三氧化硫的转化率为：$\frac{0.8mol}{2mol}$×100%=40%，
故答案为：40%；
②若打开K，一段时间后重新达到平衡，在恒温恒压条件下，与向B中进入6mol三氧化硫达到的平衡为等效平衡，所以达到平衡时整个容器的容积为：$\frac{6mol}{2mol}$×1.2a=3.6a，所以容器B的体积为：3.6a-a=2.6a，
故答案为：2.6a．

点评 本题考查了化学平衡的计算知识，题目难度中等，主要是有效化学平衡因素分析，平衡加水应用，充分反映学生对所学知识的掌握情况．