Question

4．在一定溫度下，向一個密閉的定容容器中，通入SO₂、O₂及合適催化劑，使之發生反應，2SO₂（g）+O₂（g）$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1．回答下列問題：
（1）下列描述中能說明反應已達平衡狀態的標志是BD．
A．v（O₂）_正=2v（SO₃）_逆
B．容器中混合氣體的平均摩爾質量不再變化
C．容器中混合氣體的密度不再變化
D．容器中混合氣體的分子總數不再變化
（2）若在1L容器中通入3mol SO₂和2mol O₂，達到平衡時容器內氣體壓強為起始時的90%，則平衡時SO₃的體積分數為22.2%，放出的熱量為98.3kJkJ．該溫度下的平衡常數為0.17．
（3）某定容容器中反應情況如下表：

溫度（℃）	SO2起始濃度（mol•L-1）	O2起始濃度（mol•L-1）	平衡時SO3 體積分數（%）
T1	2	1	ω1
T1	4	2	ω2
T2	4	2	ω1

根據表中數據比較：①溫度：T₁＜T₂（填“＞”、“＜”或“=”，下同）．
②SO₃體積分數：ω₂＞ω₁
（4）若該反應在恒壓容器中進行，到達平衡后充入Ar氣（不參與反應），則反應再次達到平衡時SO₂濃度減小，轉化率減小（填“增大”、“減小”或“不變”）．

Answer 1

分析 （1）可逆反應2SO₂（g）+O₂（g）$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2SO₃（g）為氣體體積縮小的可逆反應，該反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，各組分的濃度、百分含量不再變化，據此進行判斷；
（2）相同條件下氣體壓強與物質的量成正比，據此計算出反應后氣體總物質的量，然后利用差量法計算出平衡時消耗二氧化硫、氧氣及生成三氧化硫的物質的量，然后利用熱化學方程式計算出反應放出熱量；相同條件下氣體體積分數與物質的量分數相等，據此計算出平衡時三氧化硫的體積分數；計算出平衡時各組分的能得到，然后利用平衡常數表達式計算；
（3）溫度為T₁時，反應物二氧化硫和氧氣的起始濃度越大，容器內壓強越大，平衡向著逆向移動，則三氧化硫的體積分數ω₂大于ω₁；該反應為放熱反應，起始濃度相同時，升高溫度，平衡向著逆向移動，則三氧化硫的體積分數減小，由于ω₂大于ω₁，說明溫度T₂較高，據此進行解答；
（4）該反應在恒壓容器中進行，到達平衡后充入Ar氣（不參與反應），容器容積增大，各組分的濃度減小，平衡向著逆向移動，據此分析平衡時二氧化硫的濃度、轉化率變化．

解答 解：（1）A．v（O₂）_正=2v（SO₃）_逆，表示的是正逆反應速率，但是不滿足計量數關系，說明沒有達到平衡狀態，故A錯誤；
B．該反應前后氣體的物質的量不相等，而氣體的質量不變，若容器中混合氣體的平均摩爾質量不再變化，說明各組分的濃度不再變化，證明該反應達到平衡狀態，故B正確；
C．該反應前后都是氣體，氣體質量始終不變，而容器容積不變，所以氣體的密度始終不變，不能根據密度判斷平衡狀態，故C錯誤；
D．該反應為氣體體積縮小的反應，當容器中混合氣體的分子總數不再變化，說明各組分的濃度不變，達到平衡狀態，故D正確；
故答案為：BD；
（2）由題意氣體壓強為起使時的90%，則反應后總的物質的量為起使時的90%，平衡時總物質的量為（3mol+2mol）×90%=4.5mol，則平衡時各組成物質的量變化為：
  2SO₂ +O₂ ?2SO₃ 物質的量減少△n
  2         1         2              1
1mol  0.5mol 1mol  （3mol+2mol）-4.5mol=0.5mol，
相同條件下氣體的體積分數大于其物質的量分數，則平衡時SO₃的體積分數為：$\frac{1mol}{4.5mol}$×100%=22.2%；
平衡時放出的熱量為：196.6kJ/mol×0.5mol=98.3kJ；
平衡時c（SO₂）=$\frac{3mol-1mol}{1L}$=2mol/L、c（O₂）=$\frac{2mol-0.5mol}{1L}$=1.5mol/L、c（SO₃）=$\frac{1mol}{1L}$=1mol/L，該條件下該反應的平衡常數為：K=$\frac{{1}^{2}}{{2}^{2}×1.5}$=$\frac{1}{6}$≈0.17，
故答案為：22.2%；98.3kJ；0.17；
（3）①溫度為T₁時，反應物二氧化硫和氧氣的起始濃度越大，容器內壓強越大，平衡向著逆向移動，則三氧化硫的體積分數ω₂大于ω₁；該反應為放熱反應，起始濃度相同時，升高溫度，平衡向著逆向移動，則三氧化硫的體積分數減小，由于ω₂大于ω₁，說明溫度T₁＜T₂，
故答案為：＜；
②根據①的分析可知，SO₃的體積分數ω₂＞ω₁，
故答案為：＞；
（4）該反應在恒壓容器中進行，到達平衡后充入Ar氣（不參與反應），為了維持壓強不變，需要擴大容器容積，則各組分的濃度減小，平衡向著逆向移動，重新達到平衡時SO₂濃度減小，轉化率減小，
故答案為：減小； 減小．

點評 本題考查了化學平衡常數的計算，題目難度中等，明確化學平衡及其影響因素為解答關鍵，注意掌握化學平衡常數的概念及表達式，能夠根據差量法進行計算，試題培養了學生的分析、理解能力及化學計算能力．