Question

18．接觸法制硫酸工藝中，其主反應在450℃并有催化劑存在下進行：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-190kJ/mol
（1）下列描述中能說明反應已達平衡的是bcd．
a．v_正（O₂）=2v_逆（SO₃）
b．容器中氣體的平均分子量不隨時間而變化
c．SO₂的轉化率不變
d．容器中氣體的分子總數不隨時間而變化
（2）在一個固定容積為5L的密閉容器中充入0.20mol O₂和0.10molSO₂，半分鐘后達到平衡，測得容器中含SO₃0.18mol，則v（O₂）=0.036 mol•L^-1•min^-1；若繼續通入0.20mol SO₂和0.10mol O₂，則平衡向正反應方向移動（填“向正反應方向”、“向逆反應方向”或“不”），再次達到平衡后，0.36 mol＜n（SO₃）＜0.40mol．

Answer 1

分析 （1）該可逆反應是一個反應前后氣體體積減小的放熱反應，該反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，反應體系中各物質的物質的量、物質的量濃度、百分含量以及由此引起的一系列物理量不變；
（2）化學反應速率的定義求出氧氣的速率；根據影響化學平衡的因素來判斷平衡移動方向，利用極限法求出再次達平衡后n（SO₃）的范圍．

解答 解：（1）a．當2v_正（O₂）=v_逆（SO₃）時該反應達到平衡狀態，所以當v_正（O₂）=2v_逆（SO₃）時，該反應一定沒有達到平衡狀態，故a錯誤；
b．該反應是一個反應前后氣體計量數之和減小的可逆反應，所以容器中氣體平均相對分子質量改變，當容器中氣體的平均分子量不隨時間而變化時，該反應達到平衡狀態，故b正確；
c．SO₂的轉化率不變時，說明該反應正逆反應速率相等，達到平衡狀態，故c正確；
d．該反應前后氣體計量數之和改變，所以當容器中氣體的分子總數不隨時間而變化時該反應達到平衡狀態，故正確；
故選bcd；
（2）當生成0.18molSO₃時，參加反應的氧氣的物質的量為x，
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
        1        2
        x      0.18mol
x=$\frac{0.18mol×1}{2}$=0.09mol
v（O₂）=$\frac{\frac{0.09mol}{5L}}{0.5min}$=0.036mol．L^-1•min^-1；
繼續通入0.20mol SO₂和0.10mol O₂，容器內壓強增大，平衡向氣體體積減小的方向移動，即向正反應方向移動；
用極限法求出n（SO₃）的范圍，
假設平衡不移動，此時n（SO₃）=0.18×2=0.36mol，
假設0.40molSO₂完全生成SO₃，根據反應方程式2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）可知，n（SO₃）=0.4mol，
所以再次達到平衡時，0.36mol＜n（SO₃）＜0.40mol．                                   
故答案為：0.036；向正反應方向；0.36；0.40．

點評 本題考查化學平衡有關計算、化學平衡狀態判斷，為高頻考點，反應前后改變的物理量才能作為平衡狀態判斷依據，利用三段式法分析有關化學平衡計算．