Question

在一定溫度和壓強下，有如下反應：
2SO₂（g）+O₂（g）

催化劑

2SO₃（g），將1.6mol SO₂和0.8mol的O₂放入一體積可變的密閉容器中，測得容器的起始容積為100L．經一段時間后，反應達到平衡，測得混合氣體的密度為1.6g?L^-1．請回答下列問題．
（1）達平衡時混合氣體的體積為

 

，SO₂的轉化率為

 

；
（2）若起始時加入a mol SO₂、b mol O₂，且a：b=2：1，在同樣溫度和壓強下，反應達到平衡時，測得混合氣體的容積為120L．則a、b的值分別為：a=

 

，b=

 

．
（3）若容器為體積不變的密閉容器，其容積為100L．起始時加入x mol SO₂、y mol O₂和z molSO₃，反應達到平衡時，溫度和壓強與（2）完全相同，容器內各氣體的體積分數也與（2）達平衡時的情況完全相同．則x、y應該滿足的關系式為

 

，x、z應該滿足的關系式為

 

．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,等效平衡

專題：化學平衡專題

分析：（1）根據質量守恒及V=

m

ρ

=計算出達到平衡時容器的體積；根據差量法計算出達到平衡時消耗二氧化硫的物質的量，再計算出二氧化硫的轉化率；
（2）反應條件為恒溫恒壓，則（2）達到平衡時與（1）的平衡互為等效平衡，則二氧化硫的轉化率、各組分的含量完全相同，根據差量法計算出a、b；
（3）根據該反應與反應（2）為等效平衡進行計算，注意（3）中容器的容積為100L，要求二氧化硫的物質的量為：2.4mol×

100L

120L

=2mol．

解答： 解：（1）達到平衡時容器的體積為：V=

m

ρ

=

64g/mol×1.6L+32g/mol×0.8mol

1.6g/L

=80L，
容器的容積可變，則容器的體積與氣體的物質的量成正比，達到平衡時氣體的物質的量為：n=（1.6mol+0.8mol）×

80L

100L

=1.92mol，
達到平衡時氣體的物質的量減小量為：1.6mo+0.8mol-1.92mol=0.48mol，根據差量法可得：
2SO₂+O₂?2SO₃△n
2    1    2    1
n             0.48mol
達到平衡時消耗二氧化硫的物質的量為：n=

0.48mol×2

1

=0.96mol，
二氧化硫的轉化率為：

0.96mol

1.6mol

×100%=60%，
故答案為：80L；60%；
（2）起始時加入amolS0₂、b mol O₂，且a：b=2：l，在同樣溫度和壓強下，該反應達到平衡時與（1）平衡狀態(tài)互為等效平衡，物質的轉化率和百分含量都相同，SO₂的體積分數為與（1）相同，
恒溫恒壓條件下，容器的容積與氣體的總物質的量成正比，則達到平衡時氣體的總物質的量為：n=（1.6mol+0.8mol）×

120L

100L

=2.88mol，
達到平衡時二氧化硫的轉化率為60%，則反應消耗的二氧化硫的物質的量為0.6amol
則：2SO₂+O₂?2SO₃△n
   2    1    2    1
 0.6amol        （a+b-2.88）mol
則：0.6amol×1=（a+b-2.88）mol×2，
再結合a：b=2：l解得：a=2.4mol、b=1.2mol，
故答案為：2.4；1.2；
（3）若將密閉容器體積固定為100L，起始時加入xmolS0₂、y mol 0₂和z mol SO₃，反應達平衡時，溫度、壓強與（2）完全相同，容器內各氣體的體積分數也與（2）達平衡時的情況完全相同，則（2）（3）互為等效平衡，則有x=2y，且相當于只加二氧化硫和氧氣時，起始時二氧化硫的物質的量為x，

x

100

=

2.4

120

，
解得：x=2，
zmol三氧化硫按照計量數轉化成二氧化硫也為zmol，
若為等效平衡，則必須滿足：x+z=2，
故答案為：x=2y；x+z=2．

點評：本題考查化學平衡的計算、等效平衡判斷等知識，題目難度較大，注意等效平衡狀態(tài)的判斷及應用，明確恒溫恒壓、恒溫恒容條件下的等效平衡的特點，試題充分考查了學生的分析、理解能力及化學計算能力．．