Question

12．將一定量的SO₂和含0.7mol氧氣的空氣（忽略CO₂）放入一固定體積的密閉容器中，550℃時，在催化劑作用下發生反應：2SO₂+O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{△}$2SO₃（正反應放熱）．反應達到平衡后，將容器中的混合氣體通過 過量的NaOH溶液，氣體體積減少了21.28L；再將剩余氣體通過焦性沒食子酸的堿性溶液吸收O₂，氣體的體積又減少了5.6L（以上氣體體積均為標準狀況下的體積）．
請回答下列問題（計算結果保留一位小數）：
（1）判斷該反應達到平衡狀態的標志是bc．（填字母）
a．SO₂和SO₃濃度相等           b．SO₂百分含量保持不變
c．容器中氣體的壓強不變        d．SO₃的生成速率與SO₂的消耗速率相等
e．容器中混合氣體的密度保持不變
（2）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．向裝置中再充入SO₃
（3）求該反應達到平衡時SO₂的轉化率為（用百分數表示）94.7%．
（4）若將平衡混合氣體的5%通入過量的Ba（OH）₂溶液，生成沉淀10.5gBaSO₄．

Answer 1

分析 （1）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，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；
（2）該反應是一個反應前后氣體體積減小的放熱反應，欲提高SO₂的轉化率，則改變條件使平衡向正反應方向移動；
（3）混合氣體通過過量NaOH溶液時，減少的氣體是二氧化硫和三氧化硫，根據剩余氧氣的量計算參加反應的氧氣的量，根據參加反應的氧氣的量計算參加反應的二氧化硫、三氧化硫的量，二氧化硫和三氧化硫混合氣體體積減去三氧化硫的量就是未參加反應的二氧化硫的量，再根據轉化率公式計算；
（4）平衡混合氣體5%通過氯化鋇溶液只吸收三氧化硫，二氧化硫不能生成沉淀，依據三氧化硫物質的量計算生成硫酸鋇沉淀質量．

解答 解：（1）a．可逆反應到達平衡時SO₂和SO₃濃度不一定相等，與二氧化硫的起始濃度以及轉化率有關，故a錯誤；
b．可逆反應達到平衡狀態時，各物質的百分含量不變，SO₂百分含量保持不變，說明到達平衡狀態，故b正確；
c．隨反應進行氣體的物質的量減小，恒溫恒容下，容器內氣體壓強減小，當容器中氣體的壓強不變，說明到達平衡狀態，故c正確；
d．SO₃的生成速率與SO₂的消耗速率都表示正反應速率，反應始終二者都按1：1進行，不能說明到達平衡狀態，故d錯誤；
e．混合氣體的質量不變，容器的體積不變，所以密度始終不變，不能說明到達平衡狀態，故f錯誤；
故選bc，
故答案為：bc；
（2）a．向裝置中再充入N₂，反應物和生成物的濃度不變，平衡不移動，所以不能提高轉化率，故a錯誤；
b．向裝置中再充入O₂，氧氣濃度增大，平衡向正反應方向移動，提高了二氧化硫的轉化率，故b正確；
c．改變反應的催化劑只改變反應速率，不改變平衡，所以不能提高二氧化硫的轉化率，故c錯誤；
d．升高溫度，平衡向逆反應方向移動，降低了二氧化硫的轉化率，故d錯誤；
故選b
故答案為：b；
（3）混合氣體通過過量NaOH溶液時，減少的氣體是二氧化硫和三氧化硫，所以三氧化硫和未參加反應的二氧化硫的體積是21.28L，剩余氧氣的體積是5.6L，則參加反應的氧氣的體積=0.7mol×22.4L/mol-5.6L=10.08L，根據二氧化硫、三氧化硫和氧氣的關系式知，參加氧化還原反應的二氧化硫的體積=10.08L×2=20.16L，生成三氧化硫的體積=10.08L×2=20.16L，則未參加氧化還原反應的二氧化硫的體積=21.28L-20.16L=1.12L，原來二氧化硫的體積=20.16L+1.12L=21.28L，所以二氧化硫的轉化率=$\frac{20.16L}{21.28L}$×100%=94.7%，
故答案為：94.7%；
（4）依據（3）的計算可知混合氣體中生成三氧化硫氣體物質的量=$\frac{20.16L}{22.4L/mol}$=0.9mol，在給定的條件下，溶液呈強酸性，BaSO₃不會沉淀．
因此BaSO₄的質量=0.9mol×5%×233g/mol=10.5g，
故答案為：10.5gBaSO₄．

點評 本題考查平衡狀態的判斷、影響化學平衡的因素等知識點，對于反應前后氣體的計量數之和不相等的可逆反應來說，可從濃度、溫度、顏色、壓強、百分含量等角度判斷是否達到平衡狀態，題目難度中等．