Question

SO₂常用于制硫酸，其中一步重要的反应为2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H＜0．若向一个2L的密闭容器中充入0.4mol SO₂、0.2mol O₂和0.4mol SO₃发生上述反应．
请回答下列问题：
（1）当反应达到平衡时，各物质的浓度可能是（填序号）．
A．c（SO₂）=0.3mol/L、c（O₂）=0.15mol/L
B．c（SO₃）=0.4mol/L
C．c（O₂）=0.2mol/L或c（SO₂）=0.4mol/L
D．c（SO₃）=0.3mol/L
（2）任选上述一种可能的情况，计算达到平衡时的平衡常数为______．
（3）某温度时，将4mol SO₂和2mol O₂通入2L密闭容器中，10min时反应达到平衡，SO₂的转化率为80%，则0～10min内的平均反应速率v（O₂）=______，该温度下反应2SO₂（g）+O₂（g）?2S0₃（g）的平衡常数K=______．

Answer 1

【答案】分析：（1）开始通入0.4mol SO₂、0.2mol O₂和0.4mol SO₃，可能处于平衡状态，可能向正反应进行建立平衡，可能向逆反应进行建立平衡，不论从哪个方向开始，物质都不能完全反应，利用极限法假设完全反应，计算出相应物质的浓度变化量，实际变化量小于极限值，据此判断分析．
（2）计算平衡时各组分的平衡浓度，代入平衡常数表达式计算；
（3）根据SO₂的转化率计算参加反应的SO₂的物质的量，利用物质的量之比等于化学计量数之比计算反应的O₂的物质的量，在根据v=计算v（O₂）；
计算SO₂、O₂的起始浓度，计算SO₂的浓度变化量，利用三段式计算平衡时各组分的平衡浓度，代入平衡常数表达式计算．
解答：解：（1）SO₂、O₂、SO₃起始浓度分别为0.2mol/L、0.1mol/L、0.2mol/L，
A、SO₂和O₂的浓度增大，SO₂、O₂的浓度增大分别为0.1mol/L、0.05mol/L，说明反应向逆反应方向进行建立平衡，若SO₃完全反应，则SO₂和O₂的浓度浓度变化分别为0.2mol/L、0.1mol/L，实际变化应小于该值，且为2：1，故A可能；
B．SO₃的浓度增大，浓度增大为0.2mol/L，说明该反应向正反应方向进行建立平衡，若二氧化硫和氧气完全反应，SO₃的浓度的浓度变化为0.2mol/L，实际变化小于该值，故B不可能；
C．SO₂、O₂的浓度增大，说明反应向逆反应方向进行建立平衡，若SO₃完全反应，则SO₂和O₂的浓度浓度变化分别为0.2mol/L、0.1mol/L，实际变化应小于该值，故C不可能；
D．SO₃的浓度增大，浓度增大为0.1mol/L，说明该反应向正反应方向进行建立平衡，若二氧化硫和氧气完全反应，SO₃的浓度的浓度变化为0.2mol/L，实际变化小于该值，故D可能；
故答案为：AD；
（2）选则A计算平衡常数，SO₂、O₂的浓度增大分别为0.1mol/L、0.05mol/L，则SO₃的浓度减少量为0.1ml/L，故平衡时SO₃的浓度为0.2mol/L-0.1ml/L=0.1mol/L，故平衡常数k==0.74；
故答案为：0.74；
（3）SO₂的转化率为80%，则参加反应的SO₂为4mol×80%=3.2mol，故参加反应的O₂为3.2mol×=1.6mol，故v（O₂）==0.08mol/（L?min）；
计算SO₂、O₂的起始浓度分别为2mol/L、1mol/L，SO₂的浓度变化量为=1.6mol/L，则：
             2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
开始（mol/L）：2         1       0
变化（mol/L）：1.6       0.8     1.6
平衡（mol/L）：0.4       0.2     1.6
故该温度下平衡常数k==80，
故答案为：0.08mol/（L?min）；80．
点评：本题考查化学平衡有关计算、平衡常数、反应速率计算等，难度不大，（1）关键是利用可逆反应的不完全性，运用极限假设法解答，假设法是解化学习题的常用方法．