Question

2．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(qǐng)根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的有關(guān)原理回答下列問(wèn)題：
（1）一定條件下，充入2mol SO₂（g） 和2mol O₂（g），20s后，測(cè)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）該反應(yīng)的平衡常數(shù)（K）表達(dá)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(yīng)的△H＜0（填“＞”或“＜”或“=”）．
（3）如圖1表示該反應(yīng)的速率（v）隨時(shí)間（t）的變化的關(guān)系：據(jù)圖分析：你認(rèn)為t₁時(shí)改變的外界條件可能是升高溫度；t₆時(shí)保持體積不變向體系中充入少量He氣，平衡不移動(dòng)．（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(dòng)的活塞，在相同溫度時(shí)，向A容器中充入4mol SO₃（g），關(guān)閉K，向B容器中充入2mol SO₃（g），兩容器內(nèi)分別充分發(fā)生反應(yīng)．已知起始時(shí)容器A和B的體積均為a L．試回答：
①反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)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(shí)間后重新達(dá)到平衡，容器B的體積為2.6aL（連通管中氣體體積忽略不計(jì)，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(dá)平衡，測(cè)得SO₃的體積分?jǐn)?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(jì)算v（SO₂）；
（2）化學(xué)平衡常數(shù)是平衡時(shí)生成物濃度冪之積比反應(yīng)物濃度冪之積，所以K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）c（{O}_{2}）}$計(jì)算平衡常數(shù)；若降溫平衡常數(shù)增大，則平衡正向移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
（3）如圖1表示該反應(yīng)的速率（v）隨時(shí)間（t）的變化的關(guān)系：據(jù)圖分析：t₁時(shí)正逆反應(yīng)速率增大，而反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以t₁時(shí)是升高溫度，t₃時(shí)正逆反應(yīng)速率同等程度增大，而反應(yīng)前后兩邊的計(jì)量數(shù)不等，所以t₃時(shí)使用催化劑t₄改變的條件是減小壓強(qiáng)；t₆時(shí)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(dòng)，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(jì)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(shí)判斷6mol三氧化硫達(dá)到平衡時(shí)容器的體積，然后計(jì)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(dá)平衡，測(cè)得SO₃的體積分?jǐn)?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(xué)平衡常數(shù)是平衡時(shí)生成物濃度冪之積比反應(yīng)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(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，
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(yīng)的速率（v）隨時(shí)間（t）的變化的關(guān)系：據(jù)圖分析：t₁時(shí)正逆反應(yīng)速率增大，但增大程度不同，逆反應(yīng)速率增大的大，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以t₁時(shí)改變的條件是升溫，t₃時(shí)正逆反應(yīng)速率同等程度增大，而反應(yīng)前后兩邊的計(jì)量數(shù)不等，所以t₃時(shí)使用催化劑t₄改變的條件是減小壓強(qiáng)，t₆時(shí)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(dòng)，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(yīng)達(dá)到平衡時(shí)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(shuō)明達(dá)到平衡時(shí)氣體的物質(zhì)的量為反應(yīng)前的1.2倍，即平衡時(shí)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(shí)間后重新達(dá)到平衡，在恒溫恒壓條件下，與向B中進(jìn)入6mol三氧化硫達(dá)到的平衡為等效平衡，所以達(dá)到平衡時(shí)整個(gè)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(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)平衡的計(jì)算知識(shí)，題目難度中等，主要是有效化學(xué)平衡因素分析，平衡加水應(yīng)用，充分反映學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握情況．