Question

5．（1）二氧化硫的催化氧化的過程如圖1所示，其中a、c二步的化學方程式可表示為：SO₂+V₂O₅?SO₃+V₂O₄；4VOSO₄+O₂?2V₂O₅+4SO₃．該反應的催化劑是V₂O₅（寫化學式）．
（2）550℃時，將2.0mol SO₂和1.0mol O₂置于5L密閉容器中，反應達平衡后，SO₂的平衡轉化率為80%．試計算反應2SO₃?2SO₂+O₂ 在550℃時的平衡常數K=2.5×10^-3．
（3）維持溫度不變條件下使之發生如下反應：2SO₂+O₂?2SO₃，有兩個密閉容器A和B．A容器有一個可以移動的活塞能使容器內保持恒壓，B容器能保持恒容．起始時向這兩個容器中分別充入等物質的量的體積比為2：1的SO₂和O₂的混合氣體，并使A和B容積相等（如圖2所示）．
試填寫下列空格：
A容器達到平衡時所需的時間比B容器短（填“短或長”）；平衡時A容器中SO₂的轉化率比B容器但（填“大或小”）；達到所述平衡后，若向兩容器中通入等物質的量的原反應氣體，達到平衡時，A容器的混合氣體中SO₃的體積分數不變（填“增大”、“減小”或“不變”，下同）；B容器的混合氣體中SO₃的體積分數增大．

Answer 1

分析 （1）催化劑參與反應過程生成的中間產物，最終又生成等量的催化劑；
（2）550℃時，將2.0mol SO₂和1.0mol O₂置于5L密閉容器中，平衡時二氧化硫的轉化率為80%，則轉化的二氧化硫為2mol×80%=1.6mol，則：
             2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃ （g）
起始量（mol）：2       1        0
變化量（mol）：1.6     0.8      1.6
平衡量（mol）：0.4     0.2      1.6
再根據K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）×c（{O}_{2}）}$計算平衡常數，而相同溫度下2SO₃?2SO₂+O₂與2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃ （g）
的平衡常數互為倒數；
（3）A容器保持恒溫恒壓，B容器保持恒溫恒容，隨反應進行混合氣體物質的量減小，B中壓強減小，壓強越大反應速率越快；A中平衡等效在B中平衡基礎上增大壓強，平衡逆向移動；
平衡后，向兩容器中通入等量的原反應氣體，達到平衡后，A中建立的平衡與原平衡等效，所以SO₃的體積分數不變，B容器中建立的平衡相當于在原平衡的基礎上增大壓強，平衡正向移動．

解答 解：（1）由圖1中的轉化關系，V₂O₅參與反應先做氧化劑把二氧化硫氧化為三氧化硫，本身被還原為V₂O₄，b過程中轉化V₂O₄轉化為VOSO₄，C是VOSO₄轉化為SO₃、V₂O₅，此過程中催化劑V₂O₅，
故答案為：V₂O₅；
（2）550℃時，將2.0mol SO₂和1.0mol O₂置于5L密閉容器中，平衡時二氧化硫的轉化率為80%，則轉化的二氧化硫為2mol×80%=1.6mol，則：
            2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃ （g）
起始量（mol）：2       1      0
變化量（mol）：1.6     0.8    1.6
平衡量（mol）：0.4     0.2    1.6
平衡時各物質的濃度為：[SO₂]=0.08mol/L，[O₂]=0.04mol/L，[SO₃]=0.32mol/L，則平衡常數K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）×c（{O}_{2}）}$=$\frac{0.3{2}^{2}}{0.0{8}^{2}×0.04}$=400，
在550℃時2SO₃?2SO₂+O₂ 的平衡常數K=$\frac{1}{400}$=2.5×10^-3，
故答案為：2.5×10^-3，
（3）A容器保持恒溫恒壓，B容器保持恒溫恒容，隨反應進行混合氣體物質的量減小，B中壓強減小，壓強越大反應速率越快，到達平衡時間縮短，所以達到平衡所需時間A比B短；
A中平衡等效在B中平衡基礎上增大壓強，平衡逆向移動，所以A中SO₂的轉化率比B大；
平衡后，向兩容器中通入等量的原反應氣體，達到平衡后，A中建立的平衡與原平衡等效，所以SO₃的體積分數不變，B容器中建立的平衡相當于在原平衡的基礎上增大壓強，平衡正向移動，B容器中SO₃的體積分數增大；
故答案為：短；大； 不變；增大．

點評 本題考查化學平衡的計算及影響因素、平衡常數等，（3）中注意根據等效平衡進行分析解答，難度中等．