Question

16．已知體積為2L的恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），請根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的有關(guān)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(yīng)在這20s內(nèi)的反應(yīng)速率為0.04mol/（L•s）
（2）下面的敘述可作為判斷（1）中可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)依據(jù)的是（填序號）②④．
①混合氣體的密度不變
②混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變
③v_正（SO₂）=2v_正（O₂）   
④各氣體的濃度都不再發(fā)生變化
（3）圖1表示該反應(yīng)的速率（v）隨時間（t）的變化的關(guān)系．則下列不同時間段中，SO₃的百分含量最高的是B
A、t₂→t₃              B、t₀→t₁           C、t₅→t₆ D、t₃→t₄
據(jù)圖分析：你認為t₃時改變的外界條件可能是加入催化劑；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時減�。ㄌ睢按蟆�、“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(guān)閉K，向B容器中充入2mol SO₃（g），兩容器分別發(fā)生反應(yīng)．已知起始時容器A和B的體積均為aL．試回答：
①反應(yīng)達到平衡時容器B的體積為1.2a L，容器B中SO₃轉(zhuǎn)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）設(shè)出二氧化硫的轉(zhuǎn)化率，根據(jù)SO₂的體積百分含量計算出轉(zhuǎn)化率，再計算出達到平衡時各組分的濃度，根據(jù)反應(yīng)速率的表達式計算出用SO₂表示該反應(yīng)在這20s內(nèi)的反應(yīng)速率；
（2）可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各組分的濃度、百分含量不再變化，據(jù)此進行判斷；
（3）根據(jù)圖1各時間段中，改變反應(yīng)條件后化學(xué)平衡的移動方向判斷三氧化硫的物質(zhì)的量變化；根據(jù)正逆反應(yīng)速率變化判斷改變的條件；根據(jù)加入三氧化硫達到的平衡，與原平衡相比，相當(dāng)于增大了壓強分析；
（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）設(shè)二氧化硫的轉(zhuǎn)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(shù)等于物質(zhì)的量分數(shù)，即：$\frac{2-2x}{2-2x+（2-x）+2x}$×100%=12.5%，解得x=0.8，
反應(yīng)消耗的二氧化硫的物質(zhì)的量為：2mol×0.8mol=1.6mol，用SO₂表示該反應(yīng)在這20s內(nèi)的反應(yīng)速率為：v（SO₂）=$\frac{\frac{1.6mol}{2L}}{20s}$=0.04mol/（L•s）；
故答案為：0.04mol/（L•s）；
（2）①混合氣體的密度也是時刻不變的，因為反應(yīng)前后都是氣體，質(zhì)量守恒，而且體積是固定的，故①錯誤；
②該反應(yīng)前后質(zhì)量一定，但是正向是氣體物質(zhì)的量減小的方向，因此這是達到平衡的一個重要標(biāo)志，故②正確；
③v_正（SO₂）=2v_正（O₂）在這個反應(yīng)中是不管是否達到平衡狀態(tài)一直存在，無法判斷是否達到平衡狀態(tài)，故③錯誤；
④各氣體的濃度不再變化時，說明正逆反應(yīng)速率相等，達到了平衡狀態(tài)，故④正確；
故選②④；
（3）A、t₂→t₃，在t₁時正逆反應(yīng)速率都增大，且逆反應(yīng)速率大于正反應(yīng)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；
 B、t₀→t₁ 時反應(yīng)達到了初始平衡狀態(tài)；
C、t₅→t₆，正逆反應(yīng)速率都減小，正反應(yīng)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；
D、t₃→t₄，正逆反應(yīng)速率都增大且相等，說明使用了催化劑，化學(xué)平衡不移動，三氧化硫的含量不變，與t₂→t₃相等；
t₃時正逆反應(yīng)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(dāng)于增大了壓強，達到平衡時二氧化硫轉(zhuǎn)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：B；加入催化劑；減��；
（4）①反應(yīng)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(yīng)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(shè)反應(yīng)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(zhuǎn)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}$=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(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡圖象的綜合應(yīng)用、化學(xué)平衡的計算、化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷等知識，題目難度較大，試題內(nèi)容較多，充分考查了學(xué)生對所學(xué)知識的掌握情況．