Question

15．工業(yè)上以黃鐵礦為原料生產(chǎn)硫酸，其中重要的一步是催化氧化（生產(chǎn)中保持恒溫恒容條件）：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
（1）生產(chǎn)中為提高反應(yīng)速率和SO₂的轉(zhuǎn)化率，下列措施可行的是A．
A．向裝置中充入O₂              B．升高溫度
C．向裝置中充入N₂              D．向裝置中充入過量的SO₂
（2）500℃時，將10mol SO₂和5.0mol O₂置于體積為2L的恒容密閉容器中，反應(yīng)中數(shù)據(jù)如表所示：

時間/（min）	2	4	6	8
n（SO3）/（mol）	4.2	8.0	9.4	9.4

①反應(yīng)前4分鐘的平均速率v（O₂）=0.5mol/（L．min）．
②500℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=1636.3．
（3）恒溫恒壓，通入3mol SO₂ 和2mol O₂及固體催化劑，平衡時容器內(nèi)氣體體積為起始時的90%．保持同一反應(yīng)溫度，在相同容器中，將起始物質(zhì)的量改為 5mol SO₂、3.5mol O₂、1mol SO₃（g），下列說法正確的是CD．
A．第一次平衡時反應(yīng)放出的熱量為294.9kJ
B．兩次平衡SO₂的轉(zhuǎn)化率相等
C．兩次平衡時的O₂體積分?jǐn)?shù)相等
D．第二次平衡時SO₃的體積分?jǐn)?shù)等于$\frac{2}{9}$．

Answer 1

分析 （1）該反應(yīng)是一個反應(yīng)前后氣體體積減小的放熱反應(yīng)，欲提高SO₂的轉(zhuǎn)化率，則改變條件使平衡向正反應(yīng)方向移動；
（2）①反應(yīng)前4分鐘生成三氧化硫?yàn)?mol，由方程式可知參加反應(yīng)的氧氣為8mol×$\frac{1}{2}$=4mol，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（O₂）；
②500℃時將10mol SO₂和5.0mol O₂置于體積為2L的恒容密閉容器中，6min到達(dá)平衡，平衡時產(chǎn)生三氧化硫9.4mol，則：
              2SO₂（g）+O₂ （g）?2SO₃ （g）
起始量（mol/L）：5      2.5       0
變化量（mol/L）：4.7    2.35      4.7
平衡量（mol/L）：0.3    0.15     4.7
再根據(jù)K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）×c（{O}_{2}）}$計(jì)算平衡常數(shù)；
（3）恒溫恒壓下，體積之比等于氣體物質(zhì)的量之比，故平衡時混合氣體總物質(zhì)的量為（3mol+2mol）×90%=4.5mol，則：
2SO₂（g）+O₂ （g）?2SO₃ （g） 物質(zhì)的量減小△n=1
起始量（mol）：3 2 0
變化量（mol）：1 0.5 1 （3+2）-4.5=0.5
平衡量（mol）：2 1.5 1
將起始物質(zhì)的量改為 5mol SO₂、3.5mol O₂、1mol SO₃（g），等效為開始通入6mol SO₂ 和4mol O₂，與第一次平衡時投料比相等，恒溫恒壓下二者為等效平衡，平衡時同種物質(zhì)的含量相等、濃度相等，同種組分物質(zhì)的量第二次平衡時為第一次平衡2倍．

解答 解：（1）A．向裝置中充入過量的O₂，化學(xué)平衡正向移動，會提高二氧化硫轉(zhuǎn)化率，故A正確；
B．正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，化學(xué)平衡逆向移動，二氧化硫的轉(zhuǎn)化率減小，故B錯誤；
C．向裝置中充入N₂，反應(yīng)各組分濃度不變，化學(xué)平衡不會移動，不會提高二氧化硫轉(zhuǎn)化率，故C錯誤；
D．向裝置中充入過量的SO₂，二氧化硫轉(zhuǎn)化率降低，故D錯誤；
故選：A；
（2）①反應(yīng)前4分鐘生成三氧化硫?yàn)?mol，由方程式可知參加反應(yīng)的氧氣為8mol×$\frac{1}{2}$=4mol，故反應(yīng)前4分鐘的平均速率v（O₂）=$\frac{\frac{4mol}{2L}}{4min}$=0.5mol/（L．min），
故答案為：0.5mol/（L．min）；
②500℃時將10mol SO₂和5.0mol O₂置于體積為2L的恒容密閉容器中，6min到達(dá)平衡，平衡時產(chǎn)生三氧化硫9.4mol，則：
               2SO₂（g）+O₂ （g）?2SO₃ （g）
起始量（mol/L）：5     2.5     0
變化量（mol/L）：4.7   2.35   4.7
平衡量（mol/L）：0.3   0.15   4.7
則500℃時的平衡常數(shù)K=$\frac{4．{7}^{2}}{0．{3}^{3}×0.15}$=1636.3；
故答案為：1636.3；
（3）恒溫恒壓下，體積之比等于氣體物質(zhì)的量之比，故平衡時混合氣體總物質(zhì)的量為（3mol+2mol）×90%=4.5mol，則：
             2SO₂（g）+O₂ （g）?2SO₃ （g） 物質(zhì)的量減小△n=1
起始量（mol）：3      2        0
變化量（mol）：1      0.5      1     （3+2）-4.5=0.5
平衡量（mol）：2      1.5      1
將起始物質(zhì)的量改為 5mol SO₂、3.5mol O₂、1mol SO₃（g），等效為開始通入6mol SO₂ 和4mol O₂，與第一次平衡時投料比相等，恒溫恒壓下二者為等效平衡，平衡時同種物質(zhì)的含量相等、濃度相等．
A．反應(yīng)放出的熱量為，0.5mol×196.6kJ•mol^-1=98.3kJ，故A錯誤；
B．第一次平衡時二氧化硫轉(zhuǎn)化率為$\frac{1mol}{3mol}$×100%=33.3%，恒溫恒壓下二者為等效平衡，則第二次平衡后二氧化硫應(yīng)為2mol×2=4mol，故消耗的二氧化硫?yàn)?mol-4mol=1mol，第二次平衡時二氧化硫轉(zhuǎn)化率為$\frac{1mol}{5mol}$×100%，故B錯誤；
C．兩次平衡為等效平衡，兩次平衡時的O₂體積分?jǐn)?shù)相等，故C正確；
D．由A計(jì)算中可知，第一次平衡時三氧化硫體積分?jǐn)?shù)為$\frac{1mol}{4.5mol}$=$\frac{2}{9}$，為等效平衡，平衡時三氧化硫體積分?jǐn)?shù)相等，故D正確，
故選：CD．

點(diǎn)評 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、反應(yīng)速率計(jì)算、平衡常數(shù)、等效平衡等，（3）關(guān)鍵理解等效平衡規(guī)律：1、恒溫恒容，反應(yīng)前后氣體體積不等，按化學(xué)計(jì)量數(shù)轉(zhuǎn)化到一邊，對應(yīng)物質(zhì)滿足等量；反應(yīng)前后氣體體積相等，按化學(xué)計(jì)量數(shù)轉(zhuǎn)化到一邊，對應(yīng)物質(zhì)滿足等比，2：恒溫恒壓，按化學(xué)計(jì)量數(shù)轉(zhuǎn)化到一邊，對應(yīng)物質(zhì)滿足等比．