Question

12．硫酸是重要的化工原料，二氧化硫生成三氧化硫是工業制硫酸的重要反應之一．
（1）現將一定量的SO₂（g）和O₂（g）放入某固定體積的密閉容器中，在一定條件下，反應2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）達到平衡狀態．
①從平衡角度分析采用過量O₂的目的是提高二氧化硫的轉化率；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
②該反應的平衡常數表達式為：K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）×c（{O}_{2}）}$．
③已知：K（300℃）＞K（450℃），該反應是放熱反應．若反應溫度升高，SO₂的轉化率減小 （填“增大”、“減小”或“不變”）．
（2）某溫度下，SO₂的平衡轉化率（α）與體系總壓強（P）的關系如圖1所示．平衡狀態由A變到B時，平衡常數K（A）=K（B）（填“＞”、“＜”或“=”，下同）．

（3）如圖2所示，保持溫度不變，將2mol SO₂和1mol O₂加入甲容器中，將4mol SO₃加入乙容器中，隔板K不能移動．此時控制活塞P，使乙的容積為甲的2倍．
①若移動活塞P，使乙的容積和甲相等，達到新平衡時，SO₃的體積分數甲＜乙．
②若保持乙中壓強不變，向甲、乙容器中通入等質量的氦氣，達到新平衡時，SO₃的體積分數甲＞乙．

Answer 1

分析 （1）①采用過量的O₂，可以提高二氧化硫轉化率；達平衡時各組分的濃度保持不變；
②平衡常數等于生成物濃度冪之積比上反應濃度冪之積，即K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）×c（{O}_{2}）}$；
③已知：K（300℃）＞K（450℃），升高溫度平衡常數減小，說明平衡逆向移動，而升高溫度平衡向吸熱反應方向移動；
（2）平衡常數只受溫度影響，溫度不變，平衡常數不變；
（3）①甲為恒溫恒容容器，若移動活塞P，使乙的容積和甲相等，為恒溫恒容容器，乙中加入4mol三氧化硫相當于加入2mol三氧化硫，再加入2mol三氧化硫，增大壓強，平衡正向進行，SO₃的體積分數增大；
②甲為恒溫恒容容器，加入氦氣總壓增大，分壓不變，平衡不變，乙中加入氦氣為保持恒壓，體積增大，壓強減小，平衡逆向進行，達到新平衡時，SO₃的體積分數減小．

解答 解：（1）①從平衡角度分析采用過量O₂的目的是，利用廉價原料提高物質轉化率，加入氧氣提高二氧化硫的轉化率，
a．SO₂和SO₃ 濃度不變，不一定相等，故錯誤； 
b．SO₂ 百分含量保持不變，說明反應達平衡狀態，故正確；
c．容器中氣體的壓強不變，說明氣體的物質的量不變反應達平衡狀態，故正確；    
d．只要反應發生就符合，SO₃的生成速率與SO₂的消耗速率相等，故錯誤；
故答案為：提高二氧化硫的轉化率； bc；
②平衡常數等于生成物濃度冪之積比上反應濃度冪之積，即K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）×c（{O}_{2}）}$，故答案為：K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）×c（{O}_{2}）}$；
③K（300℃）＞K（450℃），說明溫度越高平衡常數越小，反應逆向進行，升溫平衡向吸熱反應方向進行，正反應為放熱反應，升溫平衡逆向進行，二氧化硫轉化率減小，
故答案為：放；減小；
（2）平衡常數只受溫度影響，與壓強無關，平衡狀態由A變到B時，二者溫度相同，故平衡常數K（A）=K（B），故答案為：=；
（3）將2mol SO₂和1mol O₂加入甲容器中，將4mol SO₃加入乙容器中，隔板K不能移動．此時控制活塞P，使乙的容積為甲的2倍，可知甲、乙中最后達到相同的平衡狀態；
①若移動活塞P，使乙的容積和甲相等，增大壓強，平衡正向進行，SO₃的體積分數增大，SO₃的體積分數甲＜乙，
故答案為：＜；
②甲為恒溫恒容容器，加入氦氣總壓增大，分壓不變，平衡不變，乙中加入氦氣，為保持恒壓，體積增大，壓強減小，平衡逆向進行，達到新平衡時，SO₃的體積分數減小，SO₃的體積分數甲大于乙，
故答案為：＞．

點評 本題考查化學平衡常數、化學平衡計算與影響因素，題目難度中等，注意平衡常數在計算中的應用，（3）中關鍵是構建等效平衡建立途徑．