Question

在一定條件下發生化學反應：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-197kJ/mol．現有容積均為1L的甲、乙、丙、丁 四個容器，在上述條件下分別充入氣體，到達平衡時，反應放出的熱量（Q），及平衡時的轉化率（X）如下表所示：

容器	起始時各物質的量				到達平衡時放出的熱量（QkJ）	平衡時SO2轉化率 （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）下列說法一定正確的是______
a、2Q₃=2Q₂＜Q₁＜197kJ                b、2X₃=2X₂＜X₁＜100%
c、Q₁＞Q₄ 且 X₁＞X₄                  d、SO₃的質量m：m_甲=m_丁＞2m_乙
e、容器內壓強p：p_甲=p_丁＞2p_乙        f、c（SO₂）與c（O₂）之比k：k_甲=k_丙＞k_乙
h、若乙的體積為2L，則到達平衡時放出的熱量小于39.4kJ
（2）某時刻甲容器內反應達到平衡，保持恒溫恒容；
①假設又向容器內加入一定量的SO₂氣體，則X（SO₂）______（填“增大”或“減小”），O₂的濃度______（填“增大”或“減小”）
②假設又向容器中加入一定量的SO₃（g），X（SO₂）______ （填“增大”或“減小”）
（3）平衡時，乙容器中SO₂的體積分數為______%（保留兩位有效數字），該反應的平衡常數為______（填具體值和單位，保留兩位有效數字）
（4）如圖表示某一時間段中該反應反應速率與反應過程的關系（t₂、t₄、t₅）時刻改變的條件都只有一個）．
①t ₂時改變的條件是______；
②若t₅時降低壓強，試畫出t-v圖象
③若各階段對應的平衡常數如圖所示

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

則各平衡常數間的大小關系為______（由大到小排列）

Answer 1

【答案】分析：（1）a、乙、丙兩個容器容積相同，所充氣體物質的量相同，丙中所充氮氣對平衡無影響，所以乙、丙建立等效平衡，二氧化硫轉化率相同，Q₂=Q₃；
甲、乙兩個容器容積相同，甲中相應物質的物質的量為乙中2倍，壓強比乙中高，相對乙平衡而言甲中平衡右移，二氧化硫轉化率增大，可逆反應不能完全反應，故2Q₂＜Q₁．
b、乙、丙兩個容器容積相同，所充氣體物質的量相同，丙中所充氮氣對平衡無影響，所以乙、丙建立等效平衡，二氧化硫轉化率相同；
甲、乙兩個容器容積相同，甲中相應物質的物質的量為乙中2倍，壓強比乙中高，相對乙平衡而言甲中平衡右移，二氧化硫轉化率增大，但小于乙中的2倍，放出熱量39.4kJ，參加反應的二氧化硫為×0.2mol=0.4mol，故二氧化硫的轉化率為×100%=40%．
c、甲與丁相比，二者為等效平衡，平衡時二氧化硫的物質的量相同，故甲中反應生成的二氧化硫比丁中多．
d、甲與丁為等效平衡，平衡時三氧化硫的質量相同，乙、丙建立等效平衡，平衡時三氧化硫的質量相同；
甲、乙兩個容器容積相同，甲中相應物質的物質的量為乙中2倍，壓強比乙中高，相對乙平衡而言甲中平衡右移，轉化率增大，平衡時甲容器內三氧化硫的物質的量大于乙容器內三氧化硫的二倍．
e、甲與丁為等效平衡，平衡時對應各組分的物質的量物質的量相同，總的物質的量相同，壓強相同；
甲、乙兩個容器容積相同，甲中相應物質的物質的量為乙中2倍，壓強比乙中高，相對乙平衡而言甲中平衡右移，轉化率增大，平衡時甲容器內總的物質的量小于乙容器內總的物質的量的二倍．
f、甲、乙、丙中起始c（SO₂）與c（O₂）之比為2：1，反應按2：1進行，任何時刻c（SO₂）與c（O₂）之比為2：1．
h、若乙的體積為2L，壓強減小，二氧化硫的轉化率降低．
（2）某時刻甲容器內反應達到平衡，保持恒溫恒容；
①向容器內加入一定量的SO₂氣體，平衡向正反應移動，氧氣的轉化率增大，二氧化硫的轉化率減小．則X（SO₂）；
②向容器中加入一定量的SO₃（g），平衡向逆反應移動，二氧化硫的轉化率降低．
（3）利用反應熱計算參加反應的二氧化硫的物質的量，再利用轉化率定義計算．
根據三段式計算各物質的濃度變化量、平衡時各物質的濃度，代入平衡常數表達式計算平衡常數．
（4）①由圖可知，t ₂時正、逆反應速率都增大，且平衡向逆反應移動，該反應正反應是體積減小的放熱反應，故應為升高溫度．
②若t₅時降低壓強，平衡向逆反應移動，t₅瞬間正、逆反應速率，正反應速率降低更多．
③根據平衡移動解答K₁、K₂、K₃、K₄、K₅之間的關系．
t₂-t₃段，為升高濃度，平衡向逆反應移動，平衡常數降低，即K₁＞K₂；
t₄-t₅段，平衡不移動，反應速率增大，為使用催化劑，平衡常數不變，即K₂=K₃．
t₅-t₆段，降低壓強，平衡向逆反應移動，平衡常數不變，即K₃=K₄．
解答：解：（1）a、乙、丙兩個容器容積相同，所充氣體物質的量相同，丙中所充氮氣對平衡無影響，所以乙、丙建立等效平衡，二氧化硫轉化率相同，故Q₂=Q₃；甲、乙兩個容器容積相同，甲中相應物質的物質的量為乙中2倍，壓強比乙中高，相對乙平衡而言甲中平衡右移，二氧化硫轉化率增大，可逆反應不能完全反應，故2Q₂＜Q₁，故2Q₂＜Q₁＜197kJ，即2Q₃=2Q₂＜Q₁＜197kJ，故a正確；         
b、乙、丙兩個容器容積相同，所充氣體物質的量相同，丙中所充氮氣對平衡無影響，所以乙、丙建立等效平衡，二氧化硫轉化率相同，故X₃=X₂；甲、乙兩個容器容積相同，甲中相應物質的物質的量為乙中2倍，壓強比乙中高，相對乙平衡而言甲中平衡右移，二氧化硫轉化率增大，但小于乙中的2倍，放出熱量39.4kJ，參加反應的二氧化硫為×0.2mol=0.4mol，故二氧化硫的轉化率為×100%=40%，故X₁＜2X₃=2X₂＜100%，故b錯誤；
c、甲與丁相比，二者為等效平衡，平衡時二氧化硫的物質的量相同，故甲中反應生成的二氧化硫比丁中多，二氧化硫轉化率甲中較大，故Q₁＞Q₄ 且 X₁＞X₄，故c正確；
d、甲與丁為等效平衡，平衡時三氧化硫的質量相同，故m_甲=m_丁；甲、乙兩個容器容積相同，甲中相應物質的物質的量為乙中2倍，壓強比乙中高，相對乙平衡而言甲中平衡右移，二氧化硫轉化率增大，平衡時甲容器內三氧化硫的物質的量大于乙容器內三氧化硫的二倍，所以m_甲＞2m_乙，故m_甲=m_丁＞2m_乙，故d正確；
e、甲與丁為等效平衡，平衡時對應各組分的物質的量物質的量相同，總的物質的量相同，壓強相同，故p_甲=p_丁；甲、乙兩個容器容積相同，甲中相應物質的物質的量為乙中2倍，壓強比乙中高，相對乙平衡而言甲中平衡右移，二氧化硫轉化率增大，平衡時甲容器內總的物質的量小于乙容器內總的物質的量的二倍，即p_甲＜2p_乙，故p_甲=p_丁＜2p_乙，故e錯誤；
f、甲、乙、丙中起始c（SO₂）與c（O₂）之比為2：1，反應按2：1進行，任何時刻c（SO₂）與c（O₂）之比為2：1，故c（SO₂）與c（O₂）之比k：k_甲=k_丙=k_乙，故f錯誤；
h、若乙的體積為2L，壓強減小，二氧化硫的轉化率降低，則到達平衡時放出的熱量小于39.4kJ，故h正確．
故選：acdh；
（2）某時刻甲容器內反應達到平衡，保持恒溫恒容；
①向容器內加入一定量的SO₂氣體，平衡向正反應移動，二氧化硫的轉化率減小，氧氣的轉化率增大，平衡時濃度小，
故答案為：減小；減小；
②向容器中加入一定量的SO₃（g），平衡向逆反應移動，二氧化硫的轉化率減小，故答案為：減小；
（3）放出熱量39.4kJ，參加反應的二氧化硫為×0.2mol=0.4mol，
根據三段式計算各物質的濃度變化量、平衡時各物質的濃度
                        2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
開始（mol/L）：1         0.5      0
開始（mol/L）：0.4       0.2      0.4
開始（mol/L）：0.6       0.3      0.4
所以平衡時二氧化硫的體積分數為×100%=46%，
平衡常數k==1.5L?mol^-1，
故答案為：46；1.5L?mol^-1；
（4）①由圖可知，t ₂時正、逆反應速率都增大，且平衡向逆反應移動，該反應正反應是體積減小的放熱反應，故應為升高溫度，
故答案為：升高溫度；
②若t₅時降低壓強，平衡向逆反應移動，t₅瞬間正、逆反應速率，正反應速率降低更多，故t₅時降低壓強，t-v圖象為
，
故答案為：；
③、t₂-t₃段，為升高濃度，平衡向逆反應移動，平衡常數降低，即K₁＞K₂；
t₄-t₅段，平衡不移動，反應速率增大，為使用催化劑，平衡常數不變，即K₂=K₃，
t₅-t₆段，降低壓強，平衡向逆反應移動，平衡常數不變，即K₃=K₄，
所以K₁＞K₂=K₃=K₄，
故答案為：K₁＞K₂=K₃=K₄．
點評：本題考查化學平衡移動、化學平衡計算、化學平衡常數等，題量很大，難度很大，需要學生具有良好的心理素質與知識的基礎，是對學生知識的綜合考查．