Question

如图所示，甲、乙均为容积1L的恒容容器，丙为恒压容器。

向甲、丙中分别充入相应气体，使丙起始体积为1L，维持500℃发生反应：2 SO2+O2 2 SO3至平衡。

甲中反应10min后达到平衡时，容器中SO3的体积分数为91%，则反应从开始至平衡的平均反应速率v(O2)= mol·L-1·min-1，平衡常数表达式为 。SO2的平衡转化率= 。丙中达到平衡所需的时间 10min（填“＞”、“=”、“＜”），SO3的体积分数 91%（填“＞”、“=”、“＜”）。若上述已达平衡的甲、丙容器中分别充入0．5molAr气体，容器中SO3的物质的量：甲 丙 （填“增大”、“不变”、“减小”）。

（2）若在乙容器中充入x molSO2 0．2molO2 ymolSO3维持500℃反应至平衡时，容器中SO3的体积分数亦为91%，则x= ，y= 。

 

Answer 1

（1）0．0938 ； 93．8% ＜ ＞ 不变 减小；（2）x=0．4 y=1．6

【解析】

试题分析：（1）根据反应方程式2 SO2+O2 2 SO3，假如氧气反应消耗xmol．则消耗SO2 2xmol． 产生SO32xmol。由于容器中SO3的体积分数为91%，所以2x÷{(1－x)+(2－2x)+2x}=91%．解得x=0．938．所以v(O2)= 0．938mol÷1L÷10min=0．0938mol/(L·min)． 由方程式可知消耗SO2的量与产生的SO3相等。所以平衡时SO2转化率=(2×0．938)÷2×100%=93．8%．当反应达到平衡时的化学平衡常数为由于甲为恒容的密闭容器。随着反应的进行，体系的压强减小；而丙是恒压的密闭容器。增大压强，物质的浓度增大，化学反应速率加快，达到化学平衡所需要的时间缩短。所以达到平衡所需的时间＜10min。增大压强化学平衡向气体体积减小的反应方向移动，即向正反应方向移动，所以SO3的体积分数＞91%；若上述已达平衡的甲、丙容器中分别充入0．5molAr气体，甲因为容器的容积不变，所以对平衡无影响，容器中SO3的物质的量不变；而丙容器中由于是恒压，所以容器的容积扩大，各组分气体的气体分压减小，所以平衡逆向移动。因此达到平衡时SO3的物质的量减小。（2）若在乙容器中充入x molSO2 0．2molO2 ymolSO3维持500℃反应至平衡时，容器中SO3的体积分数亦为91%，可以认为ymolSO3不是加入的，而是通过反应消耗SO2 和O2产生的。根据方程式中的物质间的关系可知消耗SO2ymol；消耗O2y/2mol；则开始时加入的SO2为(x+y)mol；加入的O2为(0．2+y/2)mol．由于平衡时容器中SO3的体积分数亦为91%，所以是同一平衡状态。因此(x+y)=2；0．2+y/2=1。解得x=0．4 y=1．6。

考点：考查化学平衡常数的表达式、化学反应速率的计算、外界条件对化学反应速率、化学平衡的影响、等效平衡的判断及应用的知识。