Question

已知，在450℃并有催化劑存在下進行如下反應：
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-190kJ?mol^-1
（1）硫酸工業(yè)中該反應在接觸室里進行，需要通入過量空氣的目的是

 

；該反應不在更高溫度下進行的原因是

 

．
（2）在容積固定的密閉容器中，下列情況已達到平衡狀態(tài)的是

 

．
A．v（O₂）_正=2v（SO₃）_逆           B．容器中氣體的壓強不隨時間而變化
C．容器中氣體的密度不隨時間而變化   D．容器中氣體的原子總數(shù)不隨時間而變化
（3）當向上述平衡體系中通入¹⁸O₂氣體，再次達到平衡時，¹⁸O存在于

 

中．
A． SO₂、O₂    B．SO₂、SO₃    C．SO₃    D．SO₂、SO₃、O₂
（4）在一個固定容積為5L的密閉容器中充入0.20mol SO₂和0.10mol O₂，在450℃并有催化劑條件下，半分鐘后達到平衡，測得容器中含SO₃0.18mol，則v（O₂）=

 

mol（ L?min^-1）；放出的熱量為

 

kJ；該溫度下的平衡常數(shù)為

 

；若繼續(xù)通入0.20mol SO₂和0.10mol O₂，則再次平衡時，二氧化硫的轉化率

 

（選填“變大”或“變小”或“不變”）．

Answer 1

考點：化學平衡狀態(tài)的判斷,化學平衡的計算

專題：化學平衡專題

分析：（1）過量的空氣來源豐富，成本低且能提高二氧化硫的轉化率；該反應是放熱反應，升高溫度平衡逆向進行，二氧化硫轉化率減小，不利于三氧化硫的生成，且影響了催化劑的催化活性；
（2）根據(jù)達到平衡狀態(tài)時的特征：正逆反應速率相等、各組分的濃度、百分含量不再變化進行判斷；
（3）可逆反應中的兩個化學反應，在相同條件下同時向相反方向進行，兩個化學反應構成一個對立的統(tǒng)一體．根據(jù)質量守恒定律可知，反應前后的元素守恒，一段時間后的可逆反應體系中，每種物質都會存在¹⁸O；
（4）根據(jù)化學方程式求出反應的O₂的物質的量，利用v=

△c

△t

=

△n V

△t

求出氧氣的速率；根據(jù)熱化學方程式及反應消耗的氧氣的物質的量計算出放出的熱量；根據(jù)達到平衡時各組分濃度及平衡常數(shù)表達式計算出該溫度下的平衡常數(shù)；根據(jù)影響化學平衡的因素來判斷平衡移動方向及二氧化硫的轉化率；

解答： 解：（1）實際生產中要用過量的空氣，原因是氧氣來源豐富、成本低的反應物濃度，提高SO₃產量；該反應為放熱反應，溫度太高盡管反應速率快，但是平衡逆向移動，二氧化硫的轉化率降低，三氧化硫的產量減小，且溫度過高，會影響催化劑的催化活性，
故答案為：提高二氧化硫的轉化率；該反應為放熱反應，溫度過高不利于平衡正向移動，且有可能影響催化劑的催化活性；
（2）A．v（O₂）_正=2v（SO₃）_逆，表示的是正逆反應，但是不滿足氧氣和三氧化硫的化學計量數(shù)關系，說明正逆反應速率不相等，沒有達到平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B．該反應是氣體體積減小的反應，若容器中氣體的壓強不隨時間而變化，說明正逆反應速率相等，達到了平衡狀態(tài)，故B正確；
C．該反應兩邊都是氣體，氣體的質量不變，又容器的容積不變，所以反應過程中密度始終不變，密度不能作為判斷平衡狀態(tài)的依據(jù)，故C錯誤； 
D．化學反應中遵循質量守恒定律，容器中氣體的原子總數(shù)始終不隨時間而變化，所以原子總數(shù)不變不能作為判斷平衡狀態(tài)的依據(jù)，故D錯誤；
故選B；
（3）可逆反應一定是同一條件下能互相轉換的反應，如二氧化硫、氧氣在催化劑、加熱的條件下，生成三氧化硫；而三氧化硫在同樣的條件下可分解為二氧化硫和氧氣．故¹⁸O₂中的¹⁸O通過化合反應存在于SO₃中，SO₃ 中的¹⁸O通過分解反應會存在于SO₂中，最終SO₃、SO₂、O₂中都含有¹⁸O，
故選D；
（4）達到平衡時生成0.18molSO₃，則：
             2SO₂ +O₂ ?2SO₃
反應前（mol） 0.20  0.10   0
變化（mol）  0.18  0.09  0.18
平衡時（mol） 0.02  0.01   0.18      
達到平衡時各組分的濃度為：c（SO₂）=

0.02mol

5L

=0.004mol/L，c（O₂）=

0.01mol

5L

=0.002mol/L，c（SO₃）=

0.18mol

5L

=0.036mol/L，
氧氣的速率v=

△c

△t

=

△n V

△t

=

0.09mol 5L

0.5min

=0.036mol?L^-1?min^-1；
達到平衡時消耗了0.09mol氧氣，反應放出的熱量為：190kJ?mol^-1×0.09mol=17.1kJ；
該溫度下該反應的平衡常數(shù)為：K=

c2(SO3)

c2(SO2)?c(O2)

=

(0.036)2

(0.004)2×(0.002)

≈4.05×10⁴；
繼續(xù)通入0.30molSO₂和0.15molO₂，容器內壓強增大，平衡向氣體體積減小的方向移動，即向正反應方向移動，二氧化硫的轉化率變大，
 故答案為：0.036；17.1；4.05×10⁴；變大．

點評：本題考查了化學平衡的計算、化學平衡狀態(tài)的判斷、化學反應速率的計算，題目難度中等，注意明確化學平衡狀態(tài)的判斷方法，掌握利用三段式進行化學平衡的計算方法，明確化學平衡常數(shù)概念及表達式．