Question

含硫化合物在工业生产中有广泛的用途。
（1）SO₂可用于工业生产SO₃。
①在一定条件下，每生成8g SO₃气体，放热9.83kJ。该反应的热化学方程式为________。
②在500℃，催化剂存在的条件下，向容积为1L的甲、乙两个密闭容器中均充入 2 mol SO₂和1 mol O₂。甲保持压强不变，乙保持容积不变，充分反应后均达到平衡。
I．平衡时，两容器中SO₃体积分数的关系为：甲_______乙（填“>”、“<”或“ =”）。
II．若乙在t₁ min时达到平衡，此时测得容器乙中SO₂的转化率为90%，则该
反应的平衡常数为_______；保持温度不变，t₂ min时再向该容器中充入1 mol SO₂和1 mol SO₃，t₃min时达到新平衡。请在下图中画出t₂~t₄ min内正逆反应速率的变化曲线（曲线上必须标明V_正、V_逆 ）

（2）硫酸镁晶体（MgSO₄·7H₂O )在制革、医药等领域均有广泛用途。4.92g硫酸镁晶体受热脱水过程的热重曲线（固体质量随温度变化的曲线）如右图所示。

①固体M的化学式为__________。
②硫酸镁晶体受热失去结晶水的过程分为_________个阶段。
③N转化成P时，同时生成另一种氧化物，该反应的化学方程式为_________。

Answer 1

（1）①2SO₂（g）+O₂（g）?2 SO₃（g）△H="-196.6" kJ/mol
②I ＞          II  810 L/mol
（2）①MgSO₄?H₂O ② 2     ③MgSO₄MgO+SO₃↑

（1）①在一定条件下，每生成8gSO₃的物质的量为0.1mol，放热9.83kJ，则每生成1mol三氧化硫反应放热98.3KJ，所以该反应的热化学方程式为：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H="-196.6" kJ/mol。
②I．2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）正反应是体积缩小的反应，在500℃，催化剂存在的条件下，向容积为1L的甲、乙两个密闭容器中均充入2mol SO₂和1mol O₂，起始时甲、乙两容器体积相同，甲保持压强不变，乙保持容积不变，充分反应后均达到平衡，甲为了保持压强不变，容器的体积不断减小，这一过程相当于到达平衡后的乙对容器加压，加压平衡正移．因此，达平衡时，甲容器中SO₃体积分数大于乙容器中的三氧化硫，故答案为＞；
II．乙在t₁min时达到平衡，此时测得容器乙中的转SO₂化率为90%，则2mol SO₂和1mol O₂在1L密闭容器在t₁min内各物质浓度发生的变化如下：
2SO₂（g）+O₂（g）═2SO₃（g）
起始浓度（mol/L）  2         1           0
变化浓度（mol/L）1.8        0.9         1.8
平衡浓度（mol/L）0.2        0.1         1.8
该反应的平衡常数为：k= C²(SO₃)/C²(SO₂)×C(O₂)=（1.8mol/L）²/（0.2mol/L）²×（0.1mol/L）="810" L/mol。保持温度不变t₂min时，化学平衡常数不变，再向该容器中充入1molSO₂和1mol SO₃，反应物SO₂和生成物SO₃，浓度在t₂时都瞬间增加，所以t₂时瞬间反应速率增大，在1L密闭容器在t₂min内各物质浓度如下：
2SO₂（g）+O₂（g）═2SO₃（g），
起始浓度（mol/L） 1.2         0.1        2.8    
此时浓度商为：Q_C= C²(SO₃)/C²(SO₂)×C(O₂)=（2.8mol/L）²/（1.2mol/L）²×（0.1mol/L）＜K="810" L/mol，平衡向正反应方向移动，t₃min时达到新平衡，图象如图所示
（2）①依据图象分析在150℃时固体质量变为2.76g，硫酸镁晶体加热失去结晶水，质量减小，设失去结晶水x个，则4.92g MgSO₄?7H₂O样品物质的量=4.92g÷246g/mol=0.02mol，
MgSO₄?7H₂OMgSO₄?（7-x）H₂O+xH₂O
0.02mol               0.02xmol          
0.02xmol×18g/mol=4.92g-2.76g=2.16g
x=6  所以加热到150℃时固体为MgSO₄?H₂O
②依据图象分析在200℃时固体质量变为2.40g，硫酸镁晶体加热失去结晶水，质量减小，设失去结晶水Y个，
MgSO₄?7H₂O MgSO4?（7-Y）H₂O+YH₂O
0.02mol                           0.02Ymol     
0.02Ymol×18g/mol=4.92g-2.40g=2.52g， x=7 
所以加热到200℃时固体为MgSO₄，所以硫酸镁晶体受热失去结晶水的过程分为两个阶段。故答案为2；    
③硫酸镁晶体（MgSO₄?7H₂O）加热到200℃N时固体为硫酸镁，硫酸镁只含三种元素，N转化成P时，同时生成另一种氧化物，另一种氧化物只能是硫的氧化物，因镁的化合价未变，所以氧化物为三氧化硫，从图象中可知P时，固体质量为0.8克，氧化镁的物质的量为0.8g÷40g/mol=0.02mol，N转化成P时减少的固体质量2.40g-0.8=1.6g，硫的物质的量等于硫酸镁晶体的物质的量为0.02mol，所以氧元素的质量为1.6g-0.02mol×32g/mol=0.96g，物质的量为0.96g÷6g/mol=0.06mol，所以硫与氧的物质的量比为：0.02：0.06=1：3，进一步验证为三氧化硫，所以反应为：MgSO₄MgO+SO₃↑。