Question

12．将一定量的SO₂和含0.7mol氧气的空气（忽略CO₂）放入一固定体积的密闭容器中，550℃时，在催化剂作用下发生反应：2SO₂+O₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{△}$2SO₃（正反应放热）．反应达到平衡后，将容器中的混合气体通过 过量的NaOH溶液，气体体积减少了21.28L；再将剩余气体通过焦性没食子酸的碱性溶液吸收O₂，气体的体积又减少了5.6L（以上气体体积均为标准状况下的体积）．
请回答下列问题（计算结果保留一位小数）：
（1）判断该反应达到平衡状态的标志是bc．（填字母）
a．SO₂和SO₃浓度相等           b．SO₂百分含量保持不变
c．容器中气体的压强不变        d．SO₃的生成速率与SO₂的消耗速率相等
e．容器中混合气体的密度保持不变
（2）欲提高SO₂的转化率，下列措施可行的是b．（填字母）
a．向装置中再充入N₂          b．向装置中再充入O₂
c．改变反应的催化剂          d．向装置中再充入SO₃
（3）求该反应达到平衡时SO₂的转化率为（用百分数表示）94.7%．
（4）若将平衡混合气体的5%通入过量的Ba（OH）₂溶液，生成沉淀10.5gBaSO₄．

Answer 1

分析 （1）当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化，解题时要注意，选择判断的物理量，随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态；
（2）该反应是一个反应前后气体体积减小的放热反应，欲提高SO₂的转化率，则改变条件使平衡向正反应方向移动；
（3）混合气体通过过量NaOH溶液时，减少的气体是二氧化硫和三氧化硫，根据剩余氧气的量计算参加反应的氧气的量，根据参加反应的氧气的量计算参加反应的二氧化硫、三氧化硫的量，二氧化硫和三氧化硫混合气体体积减去三氧化硫的量就是未参加反应的二氧化硫的量，再根据转化率公式计算；
（4）平衡混合气体5%通过氯化钡溶液只吸收三氧化硫，二氧化硫不能生成沉淀，依据三氧化硫物质的量计算生成硫酸钡沉淀质量．

解答 解：（1）a．可逆反应到达平衡时SO₂和SO₃浓度不一定相等，与二氧化硫的起始浓度以及转化率有关，故a错误；
b．可逆反应达到平衡状态时，各物质的百分含量不变，SO₂百分含量保持不变，说明到达平衡状态，故b正确；
c．随反应进行气体的物质的量减小，恒温恒容下，容器内气体压强减小，当容器中气体的压强不变，说明到达平衡状态，故c正确；
d．SO₃的生成速率与SO₂的消耗速率都表示正反应速率，反应始终二者都按1：1进行，不能说明到达平衡状态，故d错误；
e．混合气体的质量不变，容器的体积不变，所以密度始终不变，不能说明到达平衡状态，故f错误；
故选bc，
故答案为：bc；
（2）a．向装置中再充入N₂，反应物和生成物的浓度不变，平衡不移动，所以不能提高转化率，故a错误；
b．向装置中再充入O₂，氧气浓度增大，平衡向正反应方向移动，提高了二氧化硫的转化率，故b正确；
c．改变反应的催化剂只改变反应速率，不改变平衡，所以不能提高二氧化硫的转化率，故c错误；
d．升高温度，平衡向逆反应方向移动，降低了二氧化硫的转化率，故d错误；
故选b
故答案为：b；
（3）混合气体通过过量NaOH溶液时，减少的气体是二氧化硫和三氧化硫，所以三氧化硫和未参加反应的二氧化硫的体积是21.28L，剩余氧气的体积是5.6L，则参加反应的氧气的体积=0.7mol×22.4L/mol-5.6L=10.08L，根据二氧化硫、三氧化硫和氧气的关系式知，参加氧化还原反应的二氧化硫的体积=10.08L×2=20.16L，生成三氧化硫的体积=10.08L×2=20.16L，则未参加氧化还原反应的二氧化硫的体积=21.28L-20.16L=1.12L，原来二氧化硫的体积=20.16L+1.12L=21.28L，所以二氧化硫的转化率=$\frac{20.16L}{21.28L}$×100%=94.7%，
故答案为：94.7%；
（4）依据（3）的计算可知混合气体中生成三氧化硫气体物质的量=$\frac{20.16L}{22.4L/mol}$=0.9mol，在给定的条件下，溶液呈强酸性，BaSO₃不会沉淀．
因此BaSO₄的质量=0.9mol×5%×233g/mol=10.5g，
故答案为：10.5gBaSO₄．

点评 本题考查平衡状态的判断、影响化学平衡的因素等知识点，对于反应前后气体的计量数之和不相等的可逆反应来说，可从浓度、温度、颜色、压强、百分含量等角度判断是否达到平衡状态，题目难度中等．