Question

13．硫酸是重要的化工原料，二氧化硫生成三氧化硫是硫酸工業(yè)的重要反應之一．
Ⅰ．（1）現(xiàn)將一定量的SO₂（g）和O₂（g）放入某固定體積的密閉容器中，在一定條件下，反應2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）達到平衡狀態(tài)．
①上述反應平衡常數(shù)的表達式K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）×c（{O}_{2}）}$
②能判斷該反應達到平衡狀態(tài)的標志是bc．（填字母）
a．SO₂和SO₃濃度相等    b．SO₂百分含量保持不變
c．容器中氣體的壓強不變  d．SO₃的生成速率與SO₂的消耗速率相等．
（2）某溫度下，SO₂的平衡轉化率（α）與體系總壓強（P）的關系如下圖1所示．平衡狀態(tài)由A變到B時，平衡常數(shù)K（A）=K（B）（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）如圖2所示，保持溫度不變，在一定反應條件下，將2molSO₂和1molO₂加入甲容器中，將4molSO₂和2molO₂加入乙容器中，隔板K不能移動．此時控制活塞P，使乙的容積為甲的2倍．
①若移動活塞P，使乙的容積和甲相等，達到新平衡時，SO₃的體積分數(shù)甲小于乙．（填：“大于”、“小于”、或“等于”）
②若在甲容器中通入一定量的He氣，使容器內的壓強增大，則c（SO₃）/c（SO₂）將不變填：“增大”、“減小”、“不變”、“無法確定”）
（4）將一定量的SO₂（g）和O₂（g）放入某固定體積的密閉容器中，在一定條件下，c（SO₃）的變化如下圖所示．若在第5分鐘將容器的體積縮小一半后，在第8分鐘達到新的平衡（此時SO₃的濃度約為0.25mol/L）．請在下圖中畫出此變化過程中SO₃濃度的變化曲線．
Ⅱ．資料顯示，某些金屬離子對H₂O₂的分解起催化作用．為比較Fe³⁺和Cu²⁺對H₂O₂分解的催化效果，該實驗小組的同學設計了如圖3所示的實驗裝置進行實驗．
（1）某同學通過測定O₂的體積來比較H₂O₂的分解速率快慢，實驗時可以通過測量單位時間生成O₂的體積或生成單位體積O₂所需要的時間來比較；
（2）0.1g MnO₂粉末加入50mL H₂O₂溶液中，在標準狀況下放出氣體的體積和時間的關系如圖4所示．解釋反應速率變化的原因：隨著反應的進行，濃度減小，反應速率減慢，計算H₂O₂的初始物質的量濃度為0.11mol/L．（保留兩位有效數(shù)字，在標準狀況下測定）

Answer 1

分析 I．（1）①化學平衡常數(shù)是指：一定溫度下，可逆反應到達平衡時，生成物的濃度系數(shù)次冪之積與反應物的濃度系數(shù)次冪之積的比，固體、純液體不需要在化學平衡常數(shù)中寫出；
②可逆反應到達平衡時，同種物質的正逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應隨反應進行發(fā)生變化，該物理量由變化到不變化說明到達平衡；
（2）平衡常數(shù)只受溫度影響，溫度相同，則平衡常數(shù)相等；
（3）甲、乙中相同物質的濃度相同，二者為等效平衡，平衡時相同物質的含量相同，平衡時左右兩室體積不變．
①若移動活塞P，乙中壓強增大，平衡正向移動，而甲中壓強減小，平衡逆向移動；
②若在甲容器中通入一定量的He氣，恒容條件下，各組分的濃度不變，平衡不移動；
（4）在第5分鐘將容器的體積縮小一半后，瞬間SO₃的濃度變?yōu)?.2mol/L，壓強增大平衡正向移動，SO₃的濃度增大，在第8分鐘達到新的平衡時SO₃的濃度約為0.25mol/L；
Ⅱ．（1）實驗時可以通過測量單位時間生成O₂的體積或生成單位體積O₂所需要的時間來比較；
（2）隨著反應的進行，溶液的濃度逐漸降低，反應速率逐漸減小；根據(jù)圖象可以看出H₂O₂完全反應放出60 mL O₂，根據(jù)2H₂O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑進行計算．

解答 解：（1）①2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）的平衡常數(shù)表達式K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）×c（{O}_{2}）}$，故答案為：$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）×c（{O}_{2}）}$；
②a．SO₂和SO₃濃度與起始量和轉化率有關，SO₂和SO₃濃度相等，不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故a錯誤；
b．SO₂百分含量保持不變，說明反應達到平衡狀態(tài)，故b正確；
c．反應前后壓強不同，容器中氣體的壓強不變，說明反應達到平衡狀態(tài)，故c正確；
d．SO₃的生成速率與SO₂的消耗速率相等，均為正反應速率，反應始終按該比例關系進行，不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故d錯誤；
故答案為：bc；
（2）平衡常數(shù)只受溫度影響，與壓強無關，平衡狀態(tài)由A變到B時，二者溫度相同，故平衡常數(shù)K（A）=K（B），故答案為：=；
（3）甲、乙中相同物質的濃度相同，二者為等效平衡，平衡時相同物質的含量相同，平衡時左右兩室體積不變．
①若移動活塞P，乙中壓強增大，平衡正向移動，乙中SO₃的體積分數(shù)增大，甲中壓強減小，平衡逆向移動，甲中SO₃的體積分數(shù)減小，故SO₃的體積分數(shù)甲小于乙，故答案為：小于；
②甲為恒溫恒容容器，加入一定量的氦氣，各組分的濃度不變，平衡不移動，則$\frac{c（S{O}_{3}）}{c（S{O}_{2}）}$不變，故答案為：不變；
（4）在第5分鐘將容器的體積縮小一半后，瞬間SO₃的濃度變?yōu)?.2mol/L，壓強增大平衡正向移動，SO₃的濃度增大，在第8分鐘達到新的平衡時SO₃的濃度約為0.25mol/L，此變化過程中SO₃濃度的變化曲線為：，故答案為：；
Ⅱ．（1）通過測定O₂的體積來比較H₂O₂的分解速率快慢，實驗時可以通過測量單位時間生成O₂的體積或生成單位體積O₂所需要的時間來比較，
故答案為：單位時間生成O₂的體積；生成單位體積O₂所需要的時間；
（2）濃度越大，反應速率越大，反之越小，隨著反應進行，反應物的濃度逐漸減小，則速率逐漸減��；
根據(jù)圖象可以看出H₂O₂完全反應放出60 mL O₂，H₂O₂的分解反應為2H₂O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，則：n（H₂O₂）=$\frac{0.06L}{22.4L/mol}$×2≈0.00536 mol，所以H₂O₂的初始物質的量濃度為：c（H₂O₂）=$\frac{0.00536mol}{0.05L}$≈0.11 mol/L，
故答案為：隨著反應的進行，濃度減小，反應速率減慢；0.11 mol/L．

點評 本題考查化學平衡常數(shù)、平衡狀態(tài)判斷、影響化學平衡的外界條件、平衡圖象、探究反應速率影響因素等，題目難度中等．