Question

7．已知化學反應：O₂（g）+2SO₂（g）?2SO₃（g），其化學平衡常數K和溫度t的關系如表：

t℃	700	800	830	1000	1200
K	2.6	1.7	1.0	0.9	0.6

回答下列問題：
（1）該反應的化學平衡常數表達式為K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{c（{O}_{2}）•{c}^{2}（S{O}_{2}）}$．
（2）某溫度下，平衡濃度符合下式：c²（SO₃）=c（O₂）•c²（SO₂），試判斷此時的溫度為830℃．
（3）設在一定體積的密閉容器中充入0.30mol O₂（g）和0.60mol SO₂（g），反應在一定條件下達到平衡時，SO₃的物質的量分數（SO₃的物質的量與反應體系中總的物質的量之比）為$\frac{4}{7}$，該條件下O₂的平衡轉化率為$\frac{2}{3}$；該條件下反應2SO₃（g）?O₂（g）+2SO₂（g）的平衡常數K=40．
（4）當O₂與SO₂混合氣體以不同比例混合時，測得其平均相對分子質量分別為57.6和44.8，取上述不同比例的混合氣體各5L，在一定條件下充分反應后，氣體體積均為4L，分別求出O₂在上述混合氣體中的體積分數20%、60%．

Answer 1

分析 （1）根據反應的化學平衡常數等于生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比；
（2）某溫度下，平衡濃度符合下式：c²（SO₃）=c（O₂）•c²（SO₂），先計算化學平衡常數，根據表中數據確定溫度；
（3）設該條件下O₂的平衡轉化率為x，
             O₂（g）+2SO₂（g）?2SO₃（g），
開始（mol）0.30        0.60            0
反應（mol）0.30x      0.60x          0.60x  
平衡（mol）0.30（1-x）  0.60（1-x）   0.60x
SO₃的物質的量分數（SO₃的物質的量與反應體系中總的物質的量之比）為$\frac{4}{7}$，根據三氧化硫物質的量分數計算x值；該根據平衡常數概念計算K；
（4）設O₂與SO₂混合氣體的物質的量分別為x、y，根據$\overline{M}$=$\frac{m總}{n總}$帶入計算x、y可得．

解答 解：（1）反應O₂（g）+2SO₂（g）?2SO₃（g），K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{c（{O}_{2}）•{c}^{2}（S{O}_{2}）}$；
故答案為：$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{c（{O}_{2}）•{c}^{2}（S{O}_{2}）}$；
（2）根據c²（SO₃）=c（O₂）•c²（SO₂），代入K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{c（{O}_{2}）•{c}^{2}（S{O}_{2}）}$=1，平衡常數只與溫度有關，故此時溫度為830℃；
故答案為：830；
（3）設該條件下O₂的平衡轉化率為x，
             O₂（g）+2SO₂（g）?2SO₃（g），
開始（mol）0.30        0.60            0
反應（mol）0.30x      0.60x          0.60x  
平衡（mol）0.30（1-x）  0.60（1-x）   0.60x
SO₃的物質的量分數為$\frac{4}{7}$，則$\frac{0.6x}{0.3（1-x）+0.6（1-x）+0.6x}$=$\frac{4}{7}$，解得x=$\frac{2}{3}$，設容器體積1L，K=$\frac{0．{4}^{2}}{0．{2}^{2}×0.1}$=40；
故答案為：$\frac{2}{3}$；40；
（4）設平均相對分子質量分別為57.6的混合氣體O₂與SO₂混合氣體的物質的量分別為x、y，則有$\frac{32x+64y}{x+y}$=56.7，解得$\frac{x}{y}$=$\frac{1}{4}$，混合氣體5L，則O₂有1LSO₂有4L，則O₂在混合氣體中的體積分數為20%；同理設平均相對分子質量分別為44.8的混合氣體O₂與SO₂混合氣體的物質的量分別為a、b，有$\frac{32a+64b}{a+b}$=44.8，$\frac{a}{b}$=$\frac{3}{2}$，混合氣體5L，則O₂有3LSO₂有2L，則O₂在混合氣體中的體積分數為60%；
故答案為：20%；60%．

點評 本題考查了化學平衡的有關計算，計算量大，學生要熟練掌握三段式解題的方法，并讀清題目信息靈活運用，題目難度較大．