Question

11．硫酸工業用SO₂制取SO₃的反應為：2SO₂+O₂ $?_{加熱}^{催化劑}$2SO₃△H=-47kJ/mol．不同溫度下，反應的平衡常數如表：

溫    度	200℃300℃400℃
平衡常數	K1         K2         K3

（1）反應的平衡常數表達式為=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）•c（{O}_{2}）}$
（2）下列描述中能說明上述反應已達到平衡的是bd（填序號）
a．v（O₂）_正=2v（SO₃）_逆                 b．容器中氣體的平均分子量不隨時間而變化
c．容器中氣體的密度不隨時間而變化         d．容器中氣體的分子總數不隨時間而變化
（3）在上述平衡體系中加入¹⁸O₂，當平衡發生移動后，SO₂中¹⁸O的百分含量增加（填增加、減少、不變）其原因是該反應是可逆反應，在SO₂和¹⁸O₂反應生成S¹⁸O₃的同時，S¹⁸O₃又分解生成S¹⁸O₂．
（4）一定溫度下，把2molSO₂和1molO₂通入一恒容密閉容器中，平衡時SO₃的體積分數為x．保持溫度不變，若初始加入的SO₂、O₂和SO₃的物質的量分別為a、b、c，當a、b、c的取值滿足下列關系時才能保證達到平衡時SO₃的體積分數仍為x．
①a+c=2（填a與c的關系）、②2b+c=2（填b、c的關系）．
（5）工業上用Na₂SO₃吸收尾氣中的SO₂，再用如圖裝置電解（惰性電極）NaHSO₃制取H₂SO₄，陽極電極反應式4OH^--4e^-=2H₂O+O₂，陽極區逸出氣體的成分為O₂、SO₂（填化學式）．

Answer 1

分析 （1）根據平衡常數等于生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積；
（2）當反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，各物質的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發生變化，據此解答，解題時要注意，選擇判斷的物理量，隨著反應的進行發生變化，當該物理量由變化到定值時，說明可逆反應到達平衡狀態；
（3）根據可逆反應的特點進行判斷；
（4）根據等效平衡進行計算；
（5）陽極上陰離子失去電子發生氧化反應，且酸與亞硫酸氫根離子反應．

解答 解：（1）2SO₂+O₂ $?_{加熱}^{催化劑}$2SO₃，K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）•c（{O}_{2}）}$，故答案為：K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）•c（{O}_{2}）}$；
（2）a．v_正（O₂）=2v_逆（SO₃），反應速率之比與化學計量數之比不等，故a錯誤；
b．平均分子量=$\frac{總質量}{總物質的量}$，總質量一定，總物質的量會變，故容器中氣體的平均分子量不隨時間而變化能說明到達平衡狀態，故b正確；
c．隨反應進行氣體的質量不變，容器的體積也不變，故容器中氣體的密度不隨時間而變化不能說明到達平衡狀態，故c錯誤；
d．隨反應進行氣體的分子數減少，故容器中氣體的分子總數不隨時間而變化能說明到達平衡狀態，故d正確；
故答案為：bd；
（3）2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）的平衡體系中加入¹⁸O₂，由于反應是可逆反應，所以達到新的平衡后¹⁸O₂出現在SO₂、O₂與SO₃中，故SO₂中¹⁸O的百分含量增加，
故答案為：增加；該反應是可逆反應，在SO₂和¹⁸O₂反應生成S¹⁸O₃的同時，S¹⁸O₃又分解生成S¹⁸O₂；
（4）2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃
Ⅰ2mol     1mol          0
Ⅱa       b            c  
當SO₂和SO₃的物質的量之和為2 mol時，才能保證反應初始SO₂的物質的量為2mol，即a+c=2mol，此時要求O₂為1mol，那么就有b+0.5c=1mol．
滿足此兩條件方可使平衡與原平衡為等效平衡，
故答案為：a+c=2；2b+c=2；
（5）陽極電極是氫氧根離子放電，陽極反應為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂、HSO₃^--2e^-+H₂O=3H⁺+SO₄^2-，且部分亞硫酸氫根離子會和氫離子反應生成二氧化硫氣體，
故答案為：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂；O₂、SO₂．

點評 本題考查影響化學平衡移動的因素、平衡狀態的判斷、平衡常數表達式、等效平衡、電極反應式的書寫等知識點，難度較大．要注意等效平衡的條件．