Question

已知體積為2L的恒容密閉容器中發生反應：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），請根據化學反應的有關原理同答下列問題

（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內的反應速率為

 

，此時，該密閉容器內混合氣體的壓強是反應前的

 

倍．
（2）下面的敘述可作為判斷（1）中可逆反應達到平衡狀態依據的是（填序號）

 

．
①v_正（SO₂）=2v_正（O₂）           ②混合氣體的密度不變
③混合氣體的平均相對分子質量不變    ④各氣體的濃度都不再發生變化
（3）圖1表示該反應的速率（v）隨時間（t）的變化的關系．則下列不同時間段中，SO₃的百分含量最高的是

 

A、t₀→t₁      B、t₂→t₃     C、t₃→t₄     D、t₅→t₆
據圖分析：你認為t₃時改變的外界條件可能是

 

；t₆時保持體積不變向體系中充入少量SO₃，再次平衡后SO₂的體積百分含量比t₆時

 

（填“大”、“小”或“等于”）．
（4）圖2中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），兩容器分別發生反應．已知起始時容器A和B的體積均為aL．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

 

②若打開K，一段時間后重新達到平衡，容器B的體積為

 

L（連通管中氣體體積忽略不計，且不考慮溫度的影響）．
（5）已知單質硫的燃燒熱為△H=-296kJ/mol，經測定由S（s）生成120gSO₃（g）可放熱592.5kJ，請寫出SO₂（g）氧化生成SO₃（g）的熱化學方程式

 

．

Answer 1

分析：（1）設出二氧化硫的轉化率，根據SO₂的體積百分含量計算出轉化率，再計算出達到平衡時各組分的濃度，根據反應速率的表達式計算出用SO₂表示該反應在這20s內的反應速率；根據氣體的物質的量之比等于壓強之比計算出反應前后壓強關系；
（2）可逆反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，各組分的濃度、百分含量不再變化，據此進行判斷；
（3）根據圖1各時間段中，改變反應條件后化學平衡的移動方向判斷三氧化硫的物質的量變化；根據正逆反應速率變化判斷改變的條件；根據加入三氧化硫達到的平衡，與原平衡相比，相當于增大了壓強分析；
（4）根據恒溫恒壓條件下，氣體的物質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的量；根據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；
（5）根據題中的反應熱寫出反應的熱化學方程式，然后利用蓋斯定律寫出SO₂（g）氧化生成SO₃（g）的熱化學方程式．

解答：解：（1）設二氧化硫的轉化率為x，則
              2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
開始（mol）：2        2         0
開始（mol）：2x        x         2x
平衡（mol）：2-2x    2-x         2x
20s后，測得SO₂的體積百分含量為12.5%，相同條件下，氣體的 體積分數等于物質的量分數，即：

2-2x

2-2x+(2-x)+2x

×100%=12.5%，解得x=0.8，
反應消耗的二氧化硫的物質的量為：2mol×0.8mol=1.6mol，用SO₂表示該反應在這20s內的反應速率為：v（SO₂）=

1.6mol 2L

20s

=0.04mol/（L?s）；
達到平衡時混合氣體的物質的量為：（2-1.6）mol+（2-0.8）mol+1.6mol=3.2mol，氣體的體積之比等于物質的量之比，該密閉容器內混合氣體的壓強與反應前壓強之比為：

3.2mol

4mol

=0.8，
故答案為：0.04mol/（L?s）；0.8；
（2）①v_正（SO₂）=2v_正（O₂）在這個反應中是不管是否達到平衡狀態一直存在，無法判斷是否達到平衡狀態，故①錯誤；
②混合氣體的密度也是時刻不變的，因為反應前后都是氣體，質量守恒，而且體積是固定的，故②錯誤；
③該反應前后質量一定，但是正向是氣體物質的量減小的方向，因此這是達到平衡的一個重要標志，故③正確；
④各氣體的濃度不再變化時，說明正逆反應速率相等，達到了平衡狀態，故④正確；
故選③④；
（3）A、t₀→t₁ 時反應達到了初始平衡狀態；
 B、t₂→t₃，在t₁時正逆反應速率都增大，且逆反應速率大于正反應速率，平衡向著逆向移動，說明是升高了溫度，三氧化硫的含量減小，小于t₀→t₁；
C、t₃→t₄，正逆反應速率都增大且相等，說明使用了催化劑，化學平衡不移動，三氧化硫的含量不變，與t₂→t₃相等；
D、t₅→t₆，正逆反應速率都減小，正反應速率減小的更多，平衡向著逆向移動，說明是減小了壓強，三氧化硫的含量減小，小于t₃→t₄，
所以三氧化硫的含量最高的為t₀→t₁；
t₃時正逆反應速率都增大，且相等，說明使用了催化劑；
t₆時保持體積不變向體系中充入少量SO₃，相當于知道了壓強，達到平衡時二氧化硫轉化率增大，二氧化硫的百分含量減小，所以再次平衡后SO₂的體積百分含量比t₆時減小，
故答案為：A；加入催化劑；減小；
（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的量成正比，說明達到平衡時氣體的物質的量為反應前的1.2倍，即平衡時混合氣體的物質的量為2.4mol，氣體物質的量之間了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：

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：

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；
（5）根據硫的燃燒熱可以寫成熱化學方程式：①S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=-296 KJ?mol^-1，
120g三氧化硫的物質的量為1.5mol，由S（s）生成120gSO₃（g）可放熱592.5kJ，生成3mol三氧化硫可以放出1185 kJ熱量，
反應的出熱化學方程式為：②3S（s）+

9

2

O₂（g）=3SO₃（g）△H=-1185 KJ?mol^-1，
則利用蓋斯定律將②÷3-①可得：SO₂（g）+

1

2

O₂（g）=SO₃（g）△H=-99 KJ?mol^-1，
故答案為：SO₂（g）+

1

2

O₂（g）=SO₃（g）△H=-99 KJ?mol^-1．

點評：本題考查了化學反應速率與化學平衡圖象的綜合應用、化學平衡的計算、熱化學方程式的書寫、化學平衡狀態的判斷等知識，題目難度較大，試題內容較多，充分考查了學生對所學知識的掌握情況．