Question

6．在450℃并有催化劑存在下，于一容積恒定的密閉容器內進行下列反應：
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-190kJ•mol^-1
（1）該反應500℃時的平衡常數＜450℃時的平衡常數（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）450℃時，在一2L密閉容器中，將二氧化硫和氧化混合，反應過程中SO₂、O₂、SO₃物質的量變化如圖，反應處于平衡狀態的時間是15～20min和25～30min．
（3）據圖判斷，反應進行至20min時，曲線發生變化的原因是增大O₂濃度（或通入O₂）（用文字表達），10min到15min的曲線變化的原因可能是AB（填字母）．
A．加了催化劑              B．縮小容器體積
C．降低溫度                D．增加SO₃物質的量
（4）欲提高SO₂的轉化率，下列措施可行的是b．（填字母）
a．向裝置中再充入N₂         b．向裝置中再充入O₂
c．改變反應的催化劑          d．升高溫度
（5）利用圖中數據計算450℃時反應進行至15min時，SO₂的平衡轉化率為：20%．
（6）450℃時，另一2L容積不變的密閉容器中，測得某時刻各物質的量如下：
n（SO₂）=0.4mol，n（O₂）=0.2mol，n（SO₃）=0.8mol，則此時該反應向逆反應方向進行（填“正反應方向”“逆反應方向”或“處于平衡狀態”）．

Answer 1

分析 （1）化學反應2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-190kJ•mol^-1是放熱反應，升溫，平衡逆向進行，平衡常數減��；
（2）反應混合物各物質的物質的量不變化，說明反應處于平衡狀態；
（3）由圖可知，反應進行至20min時，平衡向正反應移動，瞬間只有氧氣的濃度增大；由圖可知，反應向正反應進行，10min到15min反應混合物單位時間內的變化量增大，說明反應速率增大，10min改變瞬間，各物質的物質的量不變．據此結合選項分析；
（4）提高二氧化硫轉化率，平衡正向進行，依據平衡移動原理分析判斷；
（5）依據圖象分析SO₂物質的量從0.2mol變化為0.16mol，結合轉化率概念計算；
（6）平衡常數隨溫度變化，通過圖象數據計算平衡常數，依據反應過程的濃度商和平衡常數比較分析判斷．

解答 解：（1）2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-190kJ•mol^-1，反應是放熱反應，升溫平衡逆向進行，平衡常數減小，所以該反應500℃時的平衡常數小于該反應400℃時的平衡常數，故答案為：＜；
（2）反應混合物各物質的物質的量不變化，說明反應處于平衡狀態，由圖可知在15-20min和25～30 min出現平臺，各組分的物質的量不變，反應處于平衡狀態，
故答案為：15-20min和25～30 min；
（3）由圖可知，反應進行至20min時，平衡向正反應移動，瞬間只有氧氣的濃度增大，應是增大O₂濃度（通入O₂）；
由圖可知，反應向正反應進行，10min到15min反應混合物單位時間內的變化量增大，說明反應速率增大，10min改變瞬間，各物質的物質的量不變．
A．加了催化劑，增大反應速率，故A正確；
B．縮小容器體積，增大壓強，增大反應速率，故B正確；
C．降低溫度反應速率降低，故C錯誤；
D．10min改變瞬間，各物質的物質的量不變，不是增加SO₃的物質的量，故D錯誤；
故答案為：增大O₂濃度（通入O₂）；AB；
（4）欲提高SO₂的轉化率，平衡正向進行，
a．向裝置中再充入N₂，恒溫恒容容器，總壓增大，分壓不變，平衡不動，故a不符合；
b．兩種反應物增加一種會提高另一種的轉化率，向裝置中再充入O₂，二氧化硫轉化率增大，故b符合；
c．改變反應的催化劑，改變反應速率但不改變化學平衡，故二氧化硫轉化率不變，故c不符合；
d．反應是放熱反應，升高溫度平衡逆向進行，二氧化硫轉化率減小，故d不符合；
故答案為：b；
（5）利用圖中數據計算450℃時反應進行至15min時，反應達到平衡狀態，SO₂物質的量從0.2mol變化為0.16mol，轉化率=$\frac{0.2mol-0.16mol}{0.2mol}$×100%=20%，故答案為：20%；
（6）圖象分析，450°C，反應進行至15min時，達到平衡狀態，n（SO₂）=0.16mol；n（O₂）=0.08mol；n（SO₃）=0.04mol；
各物質的濃度為：c（SO₂）=0.08mol/L；c（O₂）=0.04mol/L；c（SO₃）=0.02mol/L；
則化學平衡常數K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）•c（{O}_{2}）}$=$\frac{0.0{2}^{2}}{0.0{8}^{2}×0.04}$=1.56L/mol；
450℃時，另一2L容積不變的密閉容器中，測得某時刻各物質的量為n（SO₂）=0.4mol，n（O₂）=0.2mol，n（SO₃）=0.8mol，則各物質的濃度為：c（SO₂）=0.2mol/L，c（O₂）=0.1mol/L，c（SO₃）=0.4mol/L；
濃度商為：Qc=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）•c（{O}_{2}）}$=$\frac{0．{4}^{2}}{0．{2}^{2}×0.1}$=40＞K，所以反應向逆反應方向進行，
故答案為：向逆反應方向．

點評 本題考查了化學平衡的特征、化學平衡的判斷、平衡常數的概念、計算應用，圖象分析和數據應用能力，化學平衡狀態的判斷是高考的熱點，注意化學平衡常數只與溫度有關，與其他物理量無關，題目難度中等．