Question

硫酸生產中，接觸室內的反應為：
2SO₂（g）+O₂（g）

催化劑  .

△

2SO₃（g）△H=-Q kJ?mol^-1．
（1）600℃時，在一個體積為1L且恒容的密閉容器中，將二氧化硫和氧氣混合發生反應，反應過程中SO₂、O₂、SO₃物質的量的變化如圖1所示：
①反應從0min 開始到第一次平衡時，二氧化硫的轉化率為

 

．
②比較反應物SO₂在10-15min和20-25min時平均反應速率的大小：v（10-15）

 

v（20-25）（填“＜”、“＞”或“=”）．
③計算在第18min時逆反應的平衡常數K=

 

④若上述反應達到平衡后，只改變一個條件（x），下列量（y）的變化一定符合如圖2中曲線的是

 

（填字母）

	X	y
A	再加入SO2	O2的轉化率
B	再加入SO3	SO2的體積分數
C	壓強	混合氣體的物質的量
D	溫度	混合氣體的平均摩爾質量

（2）在相同溫度和體積均為1L的四個密閉容器中，保持溫度和容積不變，以四種不同的投料進行反應，有關數據如表：

容器	甲	乙	丙	丁
起始投入量	2mol SO2+ 1mol O2	1mol SO2+ 0.5mol O2	2mol SO3	2mol SO2+ 2mol O2
反應放出或 吸收的熱量（kJ）	a	b	c	d
平衡時c（SO3）（mol/L）	e	f	g	h

下列關系正確的是

 

（填序號）
A．a＞2b；e＞2fB．a=c；e=g  C．a＞d；e＞h  D．c+0.5Qe=Q
（3）工業制取硫酸是一個連續的生產過程．今測得進入接觸室時混合氣體（396K、40000kPa，主要成分為SO₂、O₂、N₂）的流量為1.0m³/s，從接觸室導出氣體（792K、40000kPa）的流量為1.8m³/s，則導出氣體中SO₃所占的體積分數為

 

．

Answer 1

考點：化學平衡的計算

專題：

分析：（1）①根據圖象判斷第一次達到平衡時消耗二氧化硫的物質的量，再計算出其轉化率；
②反應速率v=

△c

△t

，在10-15min和20-25min的時間變化相同，可以根據二氧化硫的物質的量變化判斷v（10-15）、v（20-25）的大小；
③在第18min時處于平衡狀態，根據圖象數據計算出平衡時各組分的濃度，然后根據平衡常數的表達式及該反應方程式計算出其平衡常數；
④根據圖2中曲線變化及化學平衡的影響因素進行解答；
（2）A、若將甲容器擴大為原來的2倍，則達平衡時甲與乙容器的濃度相等，但放出的熱量是乙的2倍，現將甲容器再恢復為原來的體積，即加壓，平衡向正反應方向移動；
B、甲容器起始時反應向正反應方向進行，而丙容器起始時反應向逆反應方向進行，反應熱不同；
C、丁中氧氣濃度增大，平衡向著正向移動，放出的熱量增多；
D、根據平衡時甲中三氧化硫的物質的量計算出放出的熱量，再根據甲和丙為反應方向相反的等效平衡進行判斷；
（3）根據pV=nRT及氣體物質的量與體積的關系判斷反應前后氣體物質的量變化，然后根據差量法計算出反應生成的三氧化硫的物質的量，再計算出其體積分數即可．

解答： 解：（1）①根據圖象曲線變化可知，第一次達到平衡時二氧化硫的物質的量為1.6mol，則二氧化硫的轉化率為：

2mol-1.6mol

2mol

×100%=20%，
故答案為：20%；
 ②在10-15min和20-25min的時間變化都為5min，在10-15min二氧化硫的物質的量變化為0.4mol，而在在20-25min二氧化硫的物質的量變化小于0.2mol，根據反應速率v=

△c

△t

可知，v（10-15）一定大于v（20-25），
故答案為：＞；
③第18min時該反應處于平衡狀態，三氧化硫的濃度為：c（SO₃）=

0.4mol

1L

=0.4mol/L、c（SO₂）=

1.6mol

1L

=1.6mol/L、c（O₂）=

0.8mol

1L

=0.8mol/L，則該反應的逆反應為2SO₃（g）?2SO₂（g）+O₂（g），其平衡常數為：K=

0.8×1．62

0．42

=1.28，
故答案為：1.28；
 ④圖2中，隨著x的增大，y逐漸增大，直至接近一個最大值，
A．加入二氧化硫后，可以氧氣的轉化率會增大，符合圖象曲線變化，故A正確；
B．加入三氧化硫后，相當于增大了壓強，平衡向著正向移動，則達到平衡時二氧化硫的含量減小，與圖象不相符，故B錯誤；
C．增大壓強后，平衡向著正向移動，混合氣體的物質的量減小，故C錯誤；
D．升高溫度，平衡向著逆向移動，混合氣體的物質的量增大，則平均摩爾質量減小，故D錯誤；
故答案為：A；
（2）A、若將甲容器擴大為原來的2倍，則達平衡時甲與乙容器的濃度相等，但放出的熱量甲是乙的2倍，現將甲容器再恢復為原來的體積，即加壓，平衡向正反應方向移動，則放熱又增多，故有a＞2b；e＞2f，故A正確；
B、甲和丙為等效平衡，則達到平衡時三氧化硫的濃度相等，即：e=g，但是甲容器起始時反應向正反應方向進行，而丙容器起始時反應向逆反應方向進行，雖然最后是等效平衡，但它們的轉化率之和為100%，應該a+c=Q，但是a不一定等于c，故B錯誤；
C、丁中的O₂可看作是在甲平衡后再充入1 mol O₂，則平衡正向移動，放熱增多，即有a＜d，同時有e＜h，故C錯誤；
D、根據反應：2SO₂+O₂=2SO₃ △H=-QkJ?mol^-1
                      2         Q
                      e         a
解得a=0.5eQ，由選項B解析可知，a+c=Q，即0.5eQ+c=Q，故D正確；
故答案為：AD；   
（3）由PV=nRT可知，反應后溫度為反應前的兩倍，則反應前流量1.0m³/s，在反應后條件下流量為：2.0m³/s；
反應后流量為1.8m³/s，根據V=nV_m可知，反應后氣體的物質的量相當于反應前的：

1.8

2

=0.9倍，設反應前為1mol的混合氣體，反應后應該為0.9 mol，減少了0.1mol，則：
2SO₂+O₂?2SO₃ 減少的物質的量△n
 2    1   2        2
        0.2 mol   0.1 mol
故反應中共生成0.2 molSO₃，導出氣體中SO₃所占的體積分數為：

0.2mol

0.9mol

=

2

9

，
故答案為：

2

9

．

點評：本題考查了化學平衡的計算，涉及化學反應速率、化學平衡常數的計算、化學平衡的影響因素、等效平衡的應用等知識，題目難度較大，計算量較大，知識點較多，注意掌握化學平衡及其影響，明確等效平衡的判斷方法，試題充分考查的學生的分析、理解能力及化學計算能力．