Question

在一定条件下发生化学反应：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-197kJ/mol．现有容积均为1L的甲、乙、丙、丁 四个容器，在上述条件下分别充入气体，到达平衡时，反应放出的热量（Q），及平衡时的转化率（X）如下表所示：

容器	起始时各物质的量				到达平衡时放出的热量（QkJ）	平衡时SO2转化率 （X）
	SO2（mol）	O2（mol）	SO3（mol）	N2
甲	2	1			Q1	X1
乙	1	0.5			Q2=39.4	X2
丙	1	0.5		1	Q3	X3
丁	1.8	0.9	0.2		Q4	X4

（1）下列说法一定正确的是______
a、2Q₃=2Q₂＜Q₁＜197kJ                b、2X₃=2X₂＜X₁＜100%
c、Q₁＞Q₄ 且 X₁＞X₄                  d、SO₃的质量m：m_甲=m_丁＞2m_乙
e、容器内压强p：p_甲=p_丁＞2p_乙        f、c（SO₂）与c（O₂）之比k：k_甲=k_丙＞k_乙
h、若乙的体积为2L，则到达平衡时放出的热量小于39.4kJ
（2）某时刻甲容器内反应达到平衡，保持恒温恒容；
①假设又向容器内加入一定量的SO₂气体，则X（SO₂）______（填“增大”或“减小”），O₂的浓度______（填“增大”或“减小”）
②假设又向容器中加入一定量的SO₃（g），X（SO₂）______ （填“增大”或“减小”）
（3）平衡时，乙容器中SO₂的体积分数为______%（保留两位有效数字），该反应的平衡常数为______（填具体值和单位，保留两位有效数字）
（4）如图表示某一时间段中该反应反应速率与反应过程的关系（t₂、t₄、t₅）时刻改变的条件都只有一个）．
①t ₂时改变的条件是______；
②若t₅时降低压强，试画出t-v图象
③若各阶段对应的平衡常数如图所示

t 1-t 2	t 3-t 4	t 4-t 5	t 6-t 7
K1	K2	K3	K4

则各平衡常数间的大小关系为______（由大到小排列）

Answer 1

【答案】分析：（1）a、乙、丙两个容器容积相同，所充气体物质的量相同，丙中所充氮气对平衡无影响，所以乙、丙建立等效平衡，二氧化硫转化率相同，Q₂=Q₃；
甲、乙两个容器容积相同，甲中相应物质的物质的量为乙中2倍，压强比乙中高，相对乙平衡而言甲中平衡右移，二氧化硫转化率增大，可逆反应不能完全反应，故2Q₂＜Q₁．
b、乙、丙两个容器容积相同，所充气体物质的量相同，丙中所充氮气对平衡无影响，所以乙、丙建立等效平衡，二氧化硫转化率相同；
甲、乙两个容器容积相同，甲中相应物质的物质的量为乙中2倍，压强比乙中高，相对乙平衡而言甲中平衡右移，二氧化硫转化率增大，但小于乙中的2倍，放出热量39.4kJ，参加反应的二氧化硫为×0.2mol=0.4mol，故二氧化硫的转化率为×100%=40%．
c、甲与丁相比，二者为等效平衡，平衡时二氧化硫的物质的量相同，故甲中反应生成的二氧化硫比丁中多．
d、甲与丁为等效平衡，平衡时三氧化硫的质量相同，乙、丙建立等效平衡，平衡时三氧化硫的质量相同；
甲、乙两个容器容积相同，甲中相应物质的物质的量为乙中2倍，压强比乙中高，相对乙平衡而言甲中平衡右移，转化率增大，平衡时甲容器内三氧化硫的物质的量大于乙容器内三氧化硫的二倍．
e、甲与丁为等效平衡，平衡时对应各组分的物质的量物质的量相同，总的物质的量相同，压强相同；
甲、乙两个容器容积相同，甲中相应物质的物质的量为乙中2倍，压强比乙中高，相对乙平衡而言甲中平衡右移，转化率增大，平衡时甲容器内总的物质的量小于乙容器内总的物质的量的二倍．
f、甲、乙、丙中起始c（SO₂）与c（O₂）之比为2：1，反应按2：1进行，任何时刻c（SO₂）与c（O₂）之比为2：1．
h、若乙的体积为2L，压强减小，二氧化硫的转化率降低．
（2）某时刻甲容器内反应达到平衡，保持恒温恒容；
①向容器内加入一定量的SO₂气体，平衡向正反应移动，氧气的转化率增大，二氧化硫的转化率减小．则X（SO₂）；
②向容器中加入一定量的SO₃（g），平衡向逆反应移动，二氧化硫的转化率降低．
（3）利用反应热计算参加反应的二氧化硫的物质的量，再利用转化率定义计算．
根据三段式计算各物质的浓度变化量、平衡时各物质的浓度，代入平衡常数表达式计算平衡常数．
（4）①由图可知，t ₂时正、逆反应速率都增大，且平衡向逆反应移动，该反应正反应是体积减小的放热反应，故应为升高温度．
②若t₅时降低压强，平衡向逆反应移动，t₅瞬间正、逆反应速率，正反应速率降低更多．
③根据平衡移动解答K₁、K₂、K₃、K₄、K₅之间的关系．
t₂-t₃段，为升高浓度，平衡向逆反应移动，平衡常数降低，即K₁＞K₂；
t₄-t₅段，平衡不移动，反应速率增大，为使用催化剂，平衡常数不变，即K₂=K₃．
t₅-t₆段，降低压强，平衡向逆反应移动，平衡常数不变，即K₃=K₄．
解答：解：（1）a、乙、丙两个容器容积相同，所充气体物质的量相同，丙中所充氮气对平衡无影响，所以乙、丙建立等效平衡，二氧化硫转化率相同，故Q₂=Q₃；甲、乙两个容器容积相同，甲中相应物质的物质的量为乙中2倍，压强比乙中高，相对乙平衡而言甲中平衡右移，二氧化硫转化率增大，可逆反应不能完全反应，故2Q₂＜Q₁，故2Q₂＜Q₁＜197kJ，即2Q₃=2Q₂＜Q₁＜197kJ，故a正确；         
b、乙、丙两个容器容积相同，所充气体物质的量相同，丙中所充氮气对平衡无影响，所以乙、丙建立等效平衡，二氧化硫转化率相同，故X₃=X₂；甲、乙两个容器容积相同，甲中相应物质的物质的量为乙中2倍，压强比乙中高，相对乙平衡而言甲中平衡右移，二氧化硫转化率增大，但小于乙中的2倍，放出热量39.4kJ，参加反应的二氧化硫为×0.2mol=0.4mol，故二氧化硫的转化率为×100%=40%，故X₁＜2X₃=2X₂＜100%，故b错误；
c、甲与丁相比，二者为等效平衡，平衡时二氧化硫的物质的量相同，故甲中反应生成的二氧化硫比丁中多，二氧化硫转化率甲中较大，故Q₁＞Q₄ 且 X₁＞X₄，故c正确；
d、甲与丁为等效平衡，平衡时三氧化硫的质量相同，故m_甲=m_丁；甲、乙两个容器容积相同，甲中相应物质的物质的量为乙中2倍，压强比乙中高，相对乙平衡而言甲中平衡右移，二氧化硫转化率增大，平衡时甲容器内三氧化硫的物质的量大于乙容器内三氧化硫的二倍，所以m_甲＞2m_乙，故m_甲=m_丁＞2m_乙，故d正确；
e、甲与丁为等效平衡，平衡时对应各组分的物质的量物质的量相同，总的物质的量相同，压强相同，故p_甲=p_丁；甲、乙两个容器容积相同，甲中相应物质的物质的量为乙中2倍，压强比乙中高，相对乙平衡而言甲中平衡右移，二氧化硫转化率增大，平衡时甲容器内总的物质的量小于乙容器内总的物质的量的二倍，即p_甲＜2p_乙，故p_甲=p_丁＜2p_乙，故e错误；
f、甲、乙、丙中起始c（SO₂）与c（O₂）之比为2：1，反应按2：1进行，任何时刻c（SO₂）与c（O₂）之比为2：1，故c（SO₂）与c（O₂）之比k：k_甲=k_丙=k_乙，故f错误；
h、若乙的体积为2L，压强减小，二氧化硫的转化率降低，则到达平衡时放出的热量小于39.4kJ，故h正确．
故选：acdh；
（2）某时刻甲容器内反应达到平衡，保持恒温恒容；
①向容器内加入一定量的SO₂气体，平衡向正反应移动，二氧化硫的转化率减小，氧气的转化率增大，平衡时浓度小，
故答案为：减小；减小；
②向容器中加入一定量的SO₃（g），平衡向逆反应移动，二氧化硫的转化率减小，故答案为：减小；
（3）放出热量39.4kJ，参加反应的二氧化硫为×0.2mol=0.4mol，
根据三段式计算各物质的浓度变化量、平衡时各物质的浓度
                        2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
开始（mol/L）：1         0.5      0
开始（mol/L）：0.4       0.2      0.4
开始（mol/L）：0.6       0.3      0.4
所以平衡时二氧化硫的体积分数为×100%=46%，
平衡常数k==1.5L?mol^-1，
故答案为：46；1.5L?mol^-1；
（4）①由图可知，t ₂时正、逆反应速率都增大，且平衡向逆反应移动，该反应正反应是体积减小的放热反应，故应为升高温度，
故答案为：升高温度；
②若t₅时降低压强，平衡向逆反应移动，t₅瞬间正、逆反应速率，正反应速率降低更多，故t₅时降低压强，t-v图象为
，
故答案为：；
③、t₂-t₃段，为升高浓度，平衡向逆反应移动，平衡常数降低，即K₁＞K₂；
t₄-t₅段，平衡不移动，反应速率增大，为使用催化剂，平衡常数不变，即K₂=K₃，
t₅-t₆段，降低压强，平衡向逆反应移动，平衡常数不变，即K₃=K₄，
所以K₁＞K₂=K₃=K₄，
故答案为：K₁＞K₂=K₃=K₄．
点评：本题考查化学平衡移动、化学平衡计算、化学平衡常数等，题量很大，难度很大，需要学生具有良好的心理素质与知识的基础，是对学生知识的综合考查．