Question

11．硫酸工業(yè)用SO₂制取SO₃的反應(yīng)為：2SO₂+O₂ $?_{加熱}^{催化劑}$2SO₃△H=-47kJ/mol．不同溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)如表：

溫    度	200℃300℃400℃
平衡常數(shù)	K1         K2         K3

（1）反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）•c（{O}_{2}）}$
（2）下列描述中能說明上述反應(yīng)已達(dá)到平衡的是bd（填序號(hào)）
a．v（O₂）_正=2v（SO₃）_逆                 b．容器中氣體的平均分子量不隨時(shí)間而變化
c．容器中氣體的密度不隨時(shí)間而變化         d．容器中氣體的分子總數(shù)不隨時(shí)間而變化
（3）在上述平衡體系中加入¹⁸O₂，當(dāng)平衡發(fā)生移動(dòng)后，SO₂中¹⁸O的百分含量增加（填增加、減少、不變）其原因是該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，在SO₂和¹⁸O₂反應(yīng)生成S¹⁸O₃的同時(shí)，S¹⁸O₃又分解生成S¹⁸O₂．
（4）一定溫度下，把2molSO₂和1molO₂通入一恒容密閉容器中，平衡時(shí)SO₃的體積分?jǐn)?shù)為x．保持溫度不變，若初始加入的SO₂、O₂和SO₃的物質(zhì)的量分別為a、b、c，當(dāng)a、b、c的取值滿足下列關(guān)系時(shí)才能保證達(dá)到平衡時(shí)SO₃的體積分?jǐn)?shù)仍為x．
①a+c=2（填a與c的關(guān)系）、②2b+c=2（填b、c的關(guān)系）．
（5）工業(yè)上用Na₂SO₃吸收尾氣中的SO₂，再用如圖裝置電解（惰性電極）NaHSO₃制取H₂SO₄，陽極電極反應(yīng)式4OH^--4e^-=2H₂O+O₂，陽極區(qū)逸出氣體的成分為O₂、SO₂（填化學(xué)式）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積；
（2）當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，據(jù)此解答，解題時(shí)要注意，選擇判斷的物理量，隨著反應(yīng)的進(jìn)行發(fā)生變化，當(dāng)該物理量由變化到定值時(shí)，說明可逆反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)；
（3）根據(jù)可逆反應(yīng)的特點(diǎn)進(jìn)行判斷；
（4）根據(jù)等效平衡進(jìn)行計(jì)算；
（5）陽極上陰離子失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，且酸與亞硫酸氫根離子反應(yīng)．

解答 解：（1）2SO₂+O₂ $?_{加熱}^{催化劑}$2SO₃，K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）•c（{O}_{2}）}$，故答案為：K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）•c（{O}_{2}）}$；
（2）a．v_正（O₂）=2v_逆（SO₃），反應(yīng)速率之比與化學(xué)計(jì)量數(shù)之比不等，故a錯(cuò)誤；
b．平均分子量=$\frac{總質(zhì)量}{總物質(zhì)的量}$，總質(zhì)量一定，總物質(zhì)的量會(huì)變，故容器中氣體的平均分子量不隨時(shí)間而變化能說明到達(dá)平衡狀態(tài)，故b正確；
c．隨反應(yīng)進(jìn)行氣體的質(zhì)量不變，容器的體積也不變，故容器中氣體的密度不隨時(shí)間而變化不能說明到達(dá)平衡狀態(tài)，故c錯(cuò)誤；
d．隨反應(yīng)進(jìn)行氣體的分子數(shù)減少，故容器中氣體的分子總數(shù)不隨時(shí)間而變化能說明到達(dá)平衡狀態(tài)，故d正確；
故答案為：bd；
（3）2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）的平衡體系中加入¹⁸O₂，由于反應(yīng)是可逆反應(yīng)，所以達(dá)到新的平衡后¹⁸O₂出現(xiàn)在SO₂、O₂與SO₃中，故SO₂中¹⁸O的百分含量增加，
故答案為：增加；該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，在SO₂和¹⁸O₂反應(yīng)生成S¹⁸O₃的同時(shí)，S¹⁸O₃又分解生成S¹⁸O₂；
（4）2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃
Ⅰ2mol     1mol          0
Ⅱa       b            c  
當(dāng)SO₂和SO₃的物質(zhì)的量之和為2 mol時(shí)，才能保證反應(yīng)初始SO₂的物質(zhì)的量為2mol，即a+c=2mol，此時(shí)要求O₂為1mol，那么就有b+0.5c=1mol．
滿足此兩條件方可使平衡與原平衡為等效平衡，
故答案為：a+c=2；2b+c=2；
（5）陽極電極是氫氧根離子放電，陽極反應(yīng)為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂、HSO₃^--2e^-+H₂O=3H⁺+SO₄^2-，且部分亞硫酸氫根離子會(huì)和氫離子反應(yīng)生成二氧化硫氣體，
故答案為：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂；O₂、SO₂．

點(diǎn)評(píng) 本題考查影響化學(xué)平衡移動(dòng)的因素、平衡狀態(tài)的判斷、平衡常數(shù)表達(dá)式、等效平衡、電極反應(yīng)式的書寫等知識(shí)點(diǎn)，難度較大．要注意等效平衡的條件．