Question

已知，在450℃并有催化劑存在下進(jìn)行如下反應(yīng)：
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-190kJ?mol^-1
（1）硫酸工業(yè)中該反應(yīng)在接觸室里進(jìn)行，需要通入過量空氣的目的是

 

；該反應(yīng)不在更高溫度下進(jìn)行的原因是

 

．
（2）在容積固定的密閉容器中，下列情況已達(dá)到平衡狀態(tài)的是

 

．
A．v（O₂）_正=2v（SO₃）_逆           B．容器中氣體的壓強(qiáng)不隨時(shí)間而變化
C．容器中氣體的密度不隨時(shí)間而變化   D．容器中氣體的原子總數(shù)不隨時(shí)間而變化
（3）當(dāng)向上述平衡體系中通入¹⁸O₂氣體，再次達(dá)到平衡時(shí)，¹⁸O存在于

 

中．
A． SO₂、O₂    B．SO₂、SO₃    C．SO₃    D．SO₂、SO₃、O₂
（4）在一個(gè)固定容積為5L的密閉容器中充入0.20mol SO₂和0.10mol O₂，在450℃并有催化劑條件下，半分鐘后達(dá)到平衡，測(cè)得容器中含SO₃0.18mol，則v（O₂）=

 

mol（ L?min^-1）；放出的熱量為

 

kJ；該溫度下的平衡常數(shù)為

 

；若繼續(xù)通入0.20mol SO₂和0.10mol O₂，則再次平衡時(shí)，二氧化硫的轉(zhuǎn)化率

 

（選填“變大”或“變小”或“不變”）．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷,化學(xué)平衡的計(jì)算

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）過量的空氣來源豐富，成本低且能提高二氧化硫的轉(zhuǎn)化率；該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向進(jìn)行，二氧化硫轉(zhuǎn)化率減小，不利于三氧化硫的生成，且影響了催化劑的催化活性；
（2）根據(jù)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)的特征：正逆反應(yīng)速率相等、各組分的濃度、百分含量不再變化進(jìn)行判斷；
（3）可逆反應(yīng)中的兩個(gè)化學(xué)反應(yīng)，在相同條件下同時(shí)向相反方向進(jìn)行，兩個(gè)化學(xué)反應(yīng)構(gòu)成一個(gè)對(duì)立的統(tǒng)一體．根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知，反應(yīng)前后的元素守恒，一段時(shí)間后的可逆反應(yīng)體系中，每種物質(zhì)都會(huì)存在¹⁸O；
（4）根據(jù)化學(xué)方程式求出反應(yīng)的O₂的物質(zhì)的量，利用v=

△c

△t

=

△n V

△t

求出氧氣的速率；根據(jù)熱化學(xué)方程式及反應(yīng)消耗的氧氣的物質(zhì)的量計(jì)算出放出的熱量；根據(jù)達(dá)到平衡時(shí)各組分濃度及平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算出該溫度下的平衡常數(shù)；根據(jù)影響化學(xué)平衡的因素來判斷平衡移動(dòng)方向及二氧化硫的轉(zhuǎn)化率；

解答： 解：（1）實(shí)際生產(chǎn)中要用過量的空氣，原因是氧氣來源豐富、成本低的反應(yīng)物濃度，提高SO₃產(chǎn)量；該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度太高盡管反應(yīng)速率快，但是平衡逆向移動(dòng)，二氧化硫的轉(zhuǎn)化率降低，三氧化硫的產(chǎn)量減小，且溫度過高，會(huì)影響催化劑的催化活性，
故答案為：提高二氧化硫的轉(zhuǎn)化率；該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度過高不利于平衡正向移動(dòng)，且有可能影響催化劑的催化活性；
（2）A．v（O₂）_正=2v（SO₃）_逆，表示的是正逆反應(yīng)，但是不滿足氧氣和三氧化硫的化學(xué)計(jì)量數(shù)關(guān)系，說明正逆反應(yīng)速率不相等，沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；
B．該反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，若容器中氣體的壓強(qiáng)不隨時(shí)間而變化，說明正逆反應(yīng)速率相等，達(dá)到了平衡狀態(tài)，故B正確；
C．該反應(yīng)兩邊都是氣體，氣體的質(zhì)量不變，又容器的容積不變，所以反應(yīng)過程中密度始終不變，密度不能作為判斷平衡狀態(tài)的依據(jù)，故C錯(cuò)誤； 
D．化學(xué)反應(yīng)中遵循質(zhì)量守恒定律，容器中氣體的原子總數(shù)始終不隨時(shí)間而變化，所以原子總數(shù)不變不能作為判斷平衡狀態(tài)的依據(jù)，故D錯(cuò)誤；
故選B；
（3）可逆反應(yīng)一定是同一條件下能互相轉(zhuǎn)換的反應(yīng)，如二氧化硫、氧氣在催化劑、加熱的條件下，生成三氧化硫；而三氧化硫在同樣的條件下可分解為二氧化硫和氧氣．故¹⁸O₂中的¹⁸O通過化合反應(yīng)存在于SO₃中，SO₃ 中的¹⁸O通過分解反應(yīng)會(huì)存在于SO₂中，最終SO₃、SO₂、O₂中都含有¹⁸O，
故選D；
（4）達(dá)到平衡時(shí)生成0.18molSO₃，則：
             2SO₂ +O₂ ?2SO₃
反應(yīng)前（mol） 0.20  0.10   0
變化（mol）  0.18  0.09  0.18
平衡時(shí)（mol） 0.02  0.01   0.18      
達(dá)到平衡時(shí)各組分的濃度為：c（SO₂）=

0.02mol

5L

=0.004mol/L，c（O₂）=

0.01mol

5L

=0.002mol/L，c（SO₃）=

0.18mol

5L

=0.036mol/L，
氧氣的速率v=

△c

△t

=

△n V

△t

=

0.09mol 5L

0.5min

=0.036mol?L^-1?min^-1；
達(dá)到平衡時(shí)消耗了0.09mol氧氣，反應(yīng)放出的熱量為：190kJ?mol^-1×0.09mol=17.1kJ；
該溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)為：K=

c2(SO3)

c2(SO2)?c(O2)

=

(0.036)2

(0.004)2×(0.002)

≈4.05×10⁴；
繼續(xù)通入0.30molSO₂和0.15molO₂，容器內(nèi)壓強(qiáng)增大，平衡向氣體體積減小的方向移動(dòng)，即向正反應(yīng)方向移動(dòng)，二氧化硫的轉(zhuǎn)化率變大，
 故答案為：0.036；17.1；4.05×10⁴；變大．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了化學(xué)平衡的計(jì)算、化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷、化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算，題目難度中等，注意明確化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷方法，掌握利用三段式進(jìn)行化學(xué)平衡的計(jì)算方法，明確化學(xué)平衡常數(shù)概念及表達(dá)式．