Question

10．研究NO₂、SO₂、CO等大氣污染氣體的處理具有重要意義．
I．已知：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）
（1）一定條件下，將NO₂與SO₂以體積比1：2置于恒容密閉容器中發生上述反應，下列能說明反應達到平衡狀態的是bc．
a．體系壓強保持不變               
b．混合氣體顏色保持不變
c．SO₂和NO₂的體積比保持不變       
d．每消耗1mol SO₃的同時生成1molNO₂
e．氣體密度保持不變
（2）若保持體積不變，升高溫度，體系顏色加深，則說明該反應的△H＜0（填”＞””＜”或”=”）
II．對于反應2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）；△H=-196.6kJ/mol．
在一定溫度下，向一個容積不變的容器中，通入3mol SO₂和2mol O₂及固體催化劑，使之反應．平衡時容器內氣體壓強為起始時的90%．此時
（3）加入3mol SO₂和2mol O₂發生反應，達到平衡時，放出的熱量為98.3kJ．
（4）保持同一溫度，在相同的容器中，將起始物質的量改為amol SO₂、bmol O₂、cmol SO₃（g）及固體催化劑，欲使起始時反應表現為向正反應方向進行，且平衡時SO₃的體積分數為2/9，a的取值范圍是2＜a≤3．
（5）保持同一溫度，在相同容器中，將起始物質的量改為3mol SO₂、6mol O₂、3mol SO₃（g）及固體催化劑，則平衡不移動．（填“正向、不、逆向或無法確定是否”）
（6）某SO₂（g）和O₂（g）體系，時間t₁達到平衡后，改變某一外界條件，反應速率v與時間t的關系如圖所示，若不改變SO₂（g）和O₂（g）的量，則圖中t₄時引起平衡移動的條件可能是升高溫度；圖中表示平衡混合物中SO₃的含量最高的一段時間是t₃～t₄．
（7）各階段平衡時對應的平衡常數如表所示：

t1～t2	t3～t4	t5～t6	t6～t7
K1	K2	K3	K4

K₁、K₂、K₃、K₄之間的關系為k₁=k₂＞k₃=k₄．

Answer 1

分析 （1）利用平衡的特征“等、定”及由此衍生的一些物理量來判斷；
（2）升高溫度，體系顏色加深，則說明平衡逆向移動，由此判斷該反應的△H；
（3）根據壓強之比等于物質的量之比計算平衡時混合氣體總的物質的量，再利用差量法計算參加反應的二氧化硫的物質的量，結合熱化學方程式計算放出的熱量；
（4）根據（1）計算可知，原平衡時SO₃的體積分數為$\frac{1mol}{4.5mol}$=$\frac{2}{9}$，將起始物質的量改為amol SO₂、bmol O₂、cmol SO₃（g）及固體催化劑，平衡時SO₃的體積分數為$\frac{2}{9}$，則與原平衡為等效平衡，計算原平衡時二氧化硫的物質的量，欲使起始時反應表現為向正反應方向進行，則a應大于原平衡狀態時二氧化硫的物質的量，結合極限法判斷；
（5）假定體積為VL，利用三段式計算原平衡時各組分的物質的量，進而計算平衡常數，將起始物質的量改為3mol SO₂、6mol O₂、3mol SO₃（g）及固體催化劑，計算此時的濃度商，與平衡常數比較判斷反應進行方向；
（6）t₄時正逆反應速率都較原平衡時的速率大，可升高溫度或增大壓強；t₆時正逆反應速率都較原平衡時的速率大，但平衡不移動，前后氣體系數之和不等，只能是使用催化劑；在反應向逆反應之前衡混合物中CO的含量最高；
（7）平衡常數只與溫度有關，溫度改變平衡常數改變，據此判斷．

解答 解：（1）①a．由反應可知，三氧化硫是氣體，反應前后氣體的物質的量改變，體系壓強始終保持不變，不能判定平衡狀態，故a錯誤；
b．混合氣體的顏色保持不變，即二氧化氮的濃度不變，達到平衡狀態，故b正確；
c．SO₂和NO₂起始量不等，變化量相等，當SO₂和NO₂的體積比保持不變，可判斷反應達到平衡，故c正確；
d．每生成1 mol SO₃的同時消耗1mol NO₂，只能判斷正反應速率，不能確定正逆反應速率的關系，不能判定平衡狀態，故d錯誤；
e．混合氣體的質量和體積始終不變，密度始終是定值，不一定是平衡狀態，故e錯誤；
故答案為：bc；
（2）升高溫度，體系顏色加深，說明平衡逆向移動，則該反應的△H＜0，故答案為：＜；
（3）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
此時放出的熱量為196.6KJ×$\frac{0.5mol}{1mol}$=98.3KJ，
故答案為：98.3kJ；
（4）原平衡時SO₃的體積分數為$\frac{1mol}{4.5mol}$=$\frac{2}{9}$，將起始物質的量改為amol SO₂、bmol O₂、cmol SO₃（g）及固體催化劑，平衡時SO₃的體積分數為$\frac{2}{9}$，則與原平衡為等效平衡，則a+c=3  b+0.5c=2，由（1）計算可知，平衡時二氧化硫的物質的量為3mol-1mol=2mol，欲使起始時反應表現為向正反應方向進行，則2＜a≤3，
故答案為：2＜a≤3；
（5）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
開始（mol）：3    2   0
變化（mol）：1   0.5  1
平衡（mol）：2   1.5  1
假定體積為VL，則k=$\frac{（\frac{1}{V}）^{2}}{（\frac{2}{V}）^{2}×\frac{1.5}{V}}=\frac{V}{6}$，將起始物質的量改為3mol SO₂、6mol O₂、3mol SO₃（g）及固體催化劑，此時的濃度商Qc=$\frac{（\frac{3}{V}）^{2}}{（\frac{3}{V}）^{2}×\frac{6}{V}}=\frac{V}{6}$，等于平衡常數，處于平衡狀態，平衡不移動，
故答案為：不；
（6）t₄時正逆反應速率都較原平衡時的速率大，反應向逆反應方向移動，升高溫度；t₆時正逆反應速率都較原平衡時的速率大，但平衡不移動，前后氣體系數之和不等，只能是使用催化劑；在t₄時反應向逆反應方向移動，則t₃～t₄時平衡混合物中CO的含量最高，
故答案為：升高溫度；t₃～t₄；
（7）由圖象分析可知，t₁～t₂與t₃～t₄溫度相同，t₅～t₆與t₇～t₈溫度相同，且t₄后升高溫度，平衡逆向移動，平衡常數逆向移動，則k₁=k₂＞k₃=k₄，
故答案為：k₁=k₂＞k₃=k₄．

點評 考查反應熱的計算、平衡狀態的判斷、化學平衡影響因素和平衡計算的分析判斷，（5）中反應進行方向判斷為易錯點、難點，綜合性較強，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．