Question

16．硫酸是重要的化工原料，生產(chǎn)過程中SO₂催化氧化生成SO₃的化學反應為：2SO₂（g）+O₂（g）$\frac{\underline{催化劑}}{△}$2SO₃（g）．
（1）實驗測得SO₂反應生成SO₃的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強有關，請根據(jù)表信息，結合工業(yè)生產(chǎn)實際，選擇最合適的生產(chǎn)條件是400℃，1個標準大氣壓．

壓強 SO2轉(zhuǎn)化率   溫度	1個大氣壓	5個大氣壓	10個大氣壓	15個大氣壓
400℃	0.9961	0.9972	0.9984	0.9988
500℃	0.9675	0.9767	0.9852	0.9894
600℃	0.8520	0.8897	0.9276	0.9468

（2）反應2SO₂（g）+O₂（g）$\frac{\underline{催化劑}}{△}$2SO₃（g）達到平衡后，改變下列條件，能使SO₂（g）平衡時的濃度比原來減小的是AC（填字母）．
A．保持溫度和容器體積不變，充入1mol O₂（g）
B．保持溫度和容器體積不變，充入2mol SO₃ （g）
C．降低溫度
D．在其他條件不變時，減小容器的容積．
（3）某溫度下，SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率（α）與體系總壓強（P）的關系如圖所示，2.0mol SO₂和1.0mol O₂置于10L密閉容器中，反應達平衡后，體系總壓強為0.10MPa．平衡狀態(tài)由A編導B時，平衡常數(shù)K（A）=K（B）（填“＜”，“＞”，或“=”），B點的化學平衡常數(shù)是800．
（4）在一個固定容器為5L的密閉容器中充入0.20mol SO₂（g）和0.10mol O₂（g），t₁時刻達到平衡，測得容器中含SO₃0.18mol．①t₁時刻達到平衡后，改變一個條件使化學反應速度發(fā)生如圖所示的變化，則改變的條件是C．
A．體積不變，向容器中通入少量O₂
B．體積不變，向容器中通入少量SO₂
C．縮小容器體積
D．升高溫度
E．體積不變，向容器中通入少量氮氣
②若繼續(xù)通入0.20mol　SO₂和0.10mol　O₂，則平衡向正反應方向移動（填“向正反應方向”、“向逆反應方向”或“不”），再次達到平衡后，0.36　mol＜n（SO₃）＜0.40mol．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)SO₂的轉(zhuǎn)化率及生產(chǎn)成本來選選擇最合適的生產(chǎn)條件；
（2）根據(jù)濃度、溫度、壓強等外界條件對化學平衡的影響，達到平衡后，改變下列條件，能使SO₂（g）平衡時的濃度比原來減小，平衡正向進行；
（3）平衡常數(shù)隨溫度變化，不隨壓強變化，AB點壓強變化，但溫度不變，平衡常數(shù)相同，可以計算A點的平衡常數(shù)，利用三段式法計算平衡濃度，根據(jù)平衡常數(shù)=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應物平衡濃度冪次方乘積}$，得到B點的平衡常數(shù)；
（4）①在一個固定容器為5L的密閉容器中充入0.20mol SO₂（g）和0.10mol O₂（g），t₁時刻達到平衡，t₁時刻達到平衡后，改變一個條件使化學反應速度發(fā)生如圖所示的變化分析可知，改變條件正逆反應速率都增大，且正反應速率大于逆反應速率，據(jù)此分析選項；
②根據(jù)影響化學平衡的因素來判斷平衡移動方向，繼續(xù)通入相當于增大壓強，平衡正向進行，0.20mol　SO₂和0.10mol　O₂，利用極限法求出再次達平衡后n（SO₃）的范圍．

解答 解：（1）因為SO₂與O₂的反應是放熱反應，所以選擇的溫度為400℃，而1個標準大氣壓時SO₂的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很大，再增大壓強，SO₂的轉(zhuǎn)化率提高不大，但會增加生產(chǎn)成本，所以選擇1個標準大氣壓，故答案為：400℃，1個標準大氣壓；
（2）A、保持溫度和容器體積不變，O₂的濃度增大，平衡正向移動，SO₂的濃度減小，所以A正確；
B、保持溫度和容器內(nèi)壓強不變，充入2mol SO₃ （g）相當于充入2.0molSO₂和5.0molO₂，新的平衡與原平衡等效，SO₂的濃度不變，所以B錯誤；
C、降低溫度，平衡向放熱的方向移動，而正反應為放熱，所以平衡正向移動，SO₂的濃度減小，所以C正確；
D、在其他條件不變時，減小容器的容積，SO₂的濃度瞬間增大，之后平衡向氣體體積減少的方向移動，即向正反應方向移動，SO₂的濃度減小，再次到達平衡時SO₂的濃度仍比原來大，所以D錯誤．
故答案為：AC；
（3）平衡常數(shù)只受溫度的影響，溫度不變，則壓強改變，平衡狀態(tài)由A變到B時，則K（A）=K（B），
由圖象知，體系總壓強為0.10MPa時SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率為0.8，則二氧化硫轉(zhuǎn)化物質(zhì)的量=2.0mol×0.8=1.6mol，
      2SO₂（g）+O₂（g） $\frac{\underline{催化劑}}{△}$ 2SO₃（g）
起始：2.0mol     1.0mol          0
轉(zhuǎn)化：1.6mol     0.8mol       1.6mol
平衡：0.4mol     0.2mol       1.6mol
則平衡時：c（SO₂）=0.04mol/L，c（O₂）=0.02mol/L，c（SO₃）=0.16mol/L，
K（A）=K（B）=$\frac{[S{O}_{3}]^{2}}{[S{O}_{2}]^{2}[{O}_{2}]}$=$\frac{0.1{6}^{2}}{0.0{4}^{2}×0.02}$=800，
故答案為：=，800；
（4）①t₁時刻達到平衡后，改變一個條件使化學反應速度發(fā)生如圖所示的變化分析可知，改變條件正逆反應速率都增大，且正反應速率大于逆反應速率，
A．體積不變，向容器中通入少量O₂ ，此時刻正反應速率增大，逆反應速率不變，隨反應進行正反應速率減小，逆反應速率增大，最后達到新的平衡狀態(tài)，圖象中逆反應速率變化不符合，故A錯誤；
B．體積不變，向容器中通入少量SO₂，此時刻正反應速率增大，逆反應速率不變，隨反應進行正反應速率減小，逆反應速率增大，最后達到新的平衡狀態(tài)，圖象中逆反應速率變化不符合，故B錯誤；
C．縮小容器體積，壓強增大，正逆反應速率增大，正反應是氣體體積減小的反應，所以平衡正向進行，圖象變化符合要求，故C正確；
D．正反應是放熱反應，升高溫度，平衡逆向進行，正逆反應速率都增大，逆反應速率大于正反應速率，故D錯誤；
E．體積不變，向容器中通入少量氮氣，總壓增大，各氣體分壓不變，平衡不變，故E錯誤；
故選C；
②當生成0.18molSO₃時，參加反應的氧氣的物質(zhì)的量為x，
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
          1        2
          x       0.18mol
x=$\frac{0.18mol×1}{2}$=0.09mol
繼續(xù)通入0.20mol SO₂和0.10mol O₂，容器內(nèi)壓強增大，平衡向氣體體積減小的方向移動，即向正反應方向移動；
用極限法求出n（SO₃）的范圍，
假設平衡不移動，此時n（SO₃）=0.18×2=0.36mol，
假設0.40molSO₂完全生成SO₃，根據(jù)反應方程式2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）可知，n（SO₃）=0.4mol，
所以再次達到平衡時，0.36mol＜n（SO₃）＜0.40mol．
故答案為：向正反應方向；0.36；0.40．

點評 本題考查了化學平衡的有關知識，如利用濃度商判斷化學反應進行的方向，外界條件對化學平衡的影響以及有關化學計算，試題較靈活，綜合性強，題目難度中等．