Question

18．接觸法制硫酸工藝中，其主反應在450℃并有催化劑存在下進行：2SO₂（g）+O₂（g）?△催化劑2SO₃（g）；△H=-190kJ•mol^-1
（1）在一個固定容積為5L的密閉容器中充入0.20mol SO₂和0.10molO₂，半分鐘后達到平衡，測得容器中含SO₃0.8g，則V（O₂）=0.002mol•L^-1•min^-1，計算此時化學平衡常數K₁=100．
（2）若溫度不變，繼續通入0.20mol SO₂和0.10mol SO₃，則平衡移動方向及原因是逆正反應方向移動，因為此時的濃度商為4.2，大于平衡常數，達平衡后，化學平衡常數為K₂，則K₁、K₂之間的關系為=（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）有兩只密閉容器A和B，A能保持恒容，B能保持恒壓．起始時向容積相等的A、B中分別通入體積比為2：1的等量的SO₂和O₂，使之發生反應．則（填＞、=、＜；左、右；增大、減小、不變）．
①達到平衡所需要的時間：t（A）＜t（B）
②平衡時，SO₂的轉化率：a（A）＜a （B）
③達到平衡時，在兩容器中分別通入等量的Ar氣．B中的化學平衡向左反應方向移動，A中的化學反應速率不變．

Answer 1

分析 （1）在一個固定容積為5L的密閉容器中充入0.20mol SO₂和0.10molO₂，二氧化硫的濃度=$\frac{0.20mol}{5L}$=0.04mol/L，氧氣濃度=$\frac{0.10mol}{5L}$=0.02mol，半分鐘后達到平衡，測得容器中含SO₃0.8g，n（SO₃）=$\frac{0.8g}{80g/mol}$=0.01mol，平衡濃度為$\frac{0.01mol}{5L}$=0.002mol/L，結合化學平衡三段式列式計算，
                2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
起始量（mol/L）  0.04     0.02      0
變化量（mol/L） 0.002     0.001     0.002
平衡量（mol/L） 0.038     0.019     0.002
反應速率V=$\frac{△c}{△t}$，平衡常數K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應物平衡濃度冪次方乘積}$；
（2）若溫度不變，繼續通入0.20mol SO₂和0.10mol SO₃，計算濃度商和平衡常數比較平淡反應進行的方向，平衡常數只隨溫度變化；
（3）①A能保持恒容，B能保持恒壓．起始時向容積相等的A、B中分別通入體積比為2：1的等量的SO₂和O₂，使之發生反應：2SO₂+O₂?2SO₃，恒溫恒容隨反應進行壓強減小速率減慢，恒溫恒壓容器中反應過程中壓強增大，反應速率大；
②恒溫恒容隨反應進行壓強減小速率減慢，恒溫恒壓容器中反應過程中壓強增大，反應速率大轉化率大；
③恒溫恒容容器加入惰氣總壓增大，分壓不變，平衡不動，反應速率不變；恒溫恒壓容器，加入惰氣壓強減小，平衡向氣體體積增大的方向進行．

解答 解：（1）在一個固定容積為5L的密閉容器中充入0.20mol SO₂和0.10molO₂，二氧化硫的濃度=$\frac{0.20mol}{5L}$=0.04mol/L，氧氣濃度=$\frac{0.10mol}{5L}$=0.02mol，半分鐘后達到平衡，測得容器中含SO₃0.8g，n（SO₃）=$\frac{0.8g}{80g/mol}$=0.01mol，平衡濃度為$\frac{0.01mol}{5L}$=0.002mol/L，結合化學平衡三段式列式計算，
                2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
起始量（mol/L） 0.04     0.02       0
變化量（mol/L） 0.002    0.001    0.002
平衡量（mol/L） 0.038    0.019    0.002
氧氣的反應速率V=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.001mol/L}{0.5min}$=0.002mol/L•min，
平衡常數K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應物平衡濃度冪次方乘積}$=$\frac{0.00{2}^{2}}{0.03{8}^{2}×0.019}$=0.146，
故答案為：0.002，0.146；
（2）若溫度不變，繼續通入0.20mol SO₂和0.10mol SO₃，二氧化硫物質的量濃度c（SO₂）=0.038mol/L+$\frac{0.20mol}{5L}$=0.078mol/L，c（O₂）=0.019mol/L，c（SO₃）=0.002mol/L+$\frac{0.10mol}{5L}$=0.022mol/L，Qc=$\frac{0.02{2}^{2}}{0.07{8}^{2}×0.019}$=4.2＞K=0.146，反應逆向進行，溫度不變達到平衡狀態時平衡常數不變，則K₁、K₂之間的關系為相同，
故答案為：逆正反應方向移動，因為此時的濃度商為4.2，大于平衡常數，=；
（3）①A能保持恒容，B能保持恒壓．起始時向容積相等的A、B中分別通入體積比為2：1的等量的SO₂和O₂，使之發生反應：2SO₂+O₂?2SO₃，恒溫恒容隨反應進行壓強減小速率減慢，恒溫恒壓容器B中反應過程中壓強增大，反應速率大，所以達到平衡所需要的時間A小于B，
故答案為：＜；
②起始二氧化硫和氧氣濃度相同，反應速率相同，過程中A為恒溫恒容容器中的壓強小于B恒溫恒壓容器，反應速率B＞A，二氧化硫轉化率A＜B，
故答案為：＜；
③恒溫恒容B容器加入惰氣總壓增大，分壓不變，平衡不動，反應速率不變；恒溫恒壓A容器，加入惰氣壓強減小，平衡向氣體體積增大的方向進行，反應是氣體體積減小的反應，所以平衡逆向進行；
故答案為：左；不變．

點評 本題考查了恒溫恒壓，恒溫恒容容器中化學平衡的影響因素分析判斷，題目難度中等．