Question

2．已知體積為2L的恒容密閉容器中發(fā)生反應：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），請根據(jù)化學反應的有關原理回答下列問題：
（1）一定條件下，充入2mol SO₂（g） 和2mol O₂（g），20s后，測得SO₂的體積百分含量為12.5%，則用SO₂表示該反應在這20s內(nèi)的反應速率為0.04mol/（L•s）．
（2）該反應的平衡常數(shù)（K）表達式為$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）c（{O}_{2}）}$，若降溫其值增大，則該反應的△H＜0（填“＞”或“＜”或“=”）．
（3）如圖1表示該反應的速率（v）隨時間（t）的變化的關系：據(jù)圖分析：你認為t₁時改變的外界條件可能是升高溫度；t₆時保持體積不變向體系中充入少量He氣，平衡不移動．（填“向左”“向右”或“不”）．SO₃%含量最高的區(qū)間是t₀～t₁（t₀～t₁，t₂～t₃，t₃～t₄，t₅～t₆）
（4）如圖2，P是可自由平行滑動的活塞，在相同溫度時，向A容器中充入4mol SO₃（g），關閉K，向B容器中充入2mol SO₃（g），兩容器內(nèi)分別充分發(fā)生反應．已知起始時容器A和B的體積均為a L．試回答：
①反應達到平衡時容器B的體積為1.2a L，容器B中SO₃轉化率為40%．
②若打開K，一段時間后重新達到平衡，容器B的體積為2.6aL（連通管中氣體體積忽略不計，且不考慮溫度的影響）．

Answer 1

分析 （1）一定條件下，充入2.0mol SO₂（g） 和2.0mol O₂（g），20s后達平衡，測得SO₃的體積分數(shù)為12.5%，則：
           2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
起始量（mol）：2        2       0
變化量（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，再根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（SO₂）；
（2）化學平衡常數(shù)是平衡時生成物濃度冪之積比反應物濃度冪之積，所以K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）c（{O}_{2}）}$計算平衡常數(shù)；若降溫平衡常數(shù)增大，則平衡正向移動，正反應為放熱反應；
（3）如圖1表示該反應的速率（v）隨時間（t）的變化的關系：據(jù)圖分析：t₁時正逆反應速率增大，而反應是放熱反應，所以t₁時是升高溫度，t₃時正逆反應速率同等程度增大，而反應前后兩邊的計量數(shù)不等，所以t₃時使用催化劑t₄改變的條件是減小壓強；t₆時保持體積不變向體系中充入少量He氣，各組分的濃度不變，平衡不移動，SO₃%含量最高的區(qū)間是t₀～t₁；
（4）根據(jù)恒溫恒壓條件下，氣體的物質(zhì)的量之比等于容器的容積之比計算出消耗的三氧化硫的物質(zhì)的量；根據(jù)等效平衡的知識判斷6mol三氧化硫達到平衡時容器的體積，然后計算出打開K后容器B的體積．

解答 解：（1）一定條件下，充入2.0mol SO₂（g） 和2.0mol O₂（g），20s后達平衡，測得SO₃的體積分數(shù)為12.5%，則：
           2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
起始量（mol）：2        2       0
變化量（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），故答案為：0.04；
（2）化學平衡常數(shù)是平衡時生成物濃度冪之積比反應物濃度冪之積，所以K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）c（{O}_{2}）}$；若降溫平衡常數(shù)增大，則平衡正向移動，正反應為放熱反應，
故答案為：$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）c（{O}_{2}）}$；＜；
（3）如圖1表示該反應的速率（v）隨時間（t）的變化的關系：據(jù)圖分析：t₁時正逆反應速率增大，但增大程度不同，逆反應速率增大的大，反應是放熱反應，所以t₁時改變的條件是升溫，t₃時正逆反應速率同等程度增大，而反應前后兩邊的計量數(shù)不等，所以t₃時使用催化劑t₄改變的條件是減小壓強，t₆時保持體積不變向體系中充入少量He氣，各組分的濃度不變，平衡不移動，上述分析可知，SO₃%含量最高的區(qū)間是t₀～t₁，
故答案為：升高溫度；不；t₀～t₁；     
（4）①反應達到平衡時容器B的體積為1.2a L，B為恒壓條件下，容器的容積與氣體的物質(zhì)的量成正比，說明達到平衡時氣體的物質(zhì)的量為反應前的1.2倍，即平衡時混合氣體的物質(zhì)的量為2.4mol，氣體物質(zhì)的量之間了0.2mol，設反應消耗了三氧化硫nmol，則
 2SO₃（g）?2SO₂（g）+O₂（g）△n
  2          2       1       1mol
  n                        0.4mol
n=0.8mol，三氧化硫的轉化率為：$\frac{0.8mol}{2mol}$×100%=40%，
故答案為：40%；
②若打開K，一段時間后重新達到平衡，在恒溫恒壓條件下，與向B中進入6mol三氧化硫達到的平衡為等效平衡，所以達到平衡時整個容器的容積為：$\frac{6mol}{2mol}$×1.2a=3.6a，所以容器B的體積為：3.6a-a=2.6a，
故答案為：2.6a．

點評 本題考查了化學平衡的計算知識，題目難度中等，主要是有效化學平衡因素分析，平衡加水應用，充分反映學生對所學知識的掌握情況．