Question

SO₂在400~500℃下的催化氧化反应是工业制硫酸的一步重要反应，450℃在2L的密闭容器中进行该反应，保持温度和容积不变，测得n(SO₃)、n(SO₂)和n(O₂)随时间t（min）的变化关系如图所示（a、b、c、d、e、f、g、h分别表示对应点的纵坐标）。

回答下列问题：

（1）上图中表示n(SO₂)随时间t变化的曲线是________（填“I”“II”或“III”）。

（2）对于I所表示的物质，其逆反应速率最大的点是________（填“a”“e”或“f”）。

（3）t₁至t₂时间段内，υ(SO₃)=________。

（4）下列说法正确的是________（填序号）。

A．t₂时，该反应达到平衡状态

B．t₂时，III代表的物质的消耗速率大于它的生成速率

C．t₂时与t₃时容器中气体的总物质的量相同

D．其他条件不变，反应在500℃下进行，平衡时n(SO₃)=gmol

（5）下列叙述能说明上述反应已达化学平衡状态的是________（填序号）。

A．υ_正(O₂)＝υ_逆(SO₂)

B．n(SO₂)∶n(O₂)∶n(SO₃)＝2∶1∶2

C．容器中气体的密度不随时间而变化

D．容器中气体的压强保持不变

Answer

Ⅲ f mol·L－1·min－1 B D

【解析】

根据反应方程式判断曲线所代表的物质，根据速率大小变化情况判断速率最大的点，结合图像中的数据，根据公式计算化学反应速率，根据化学平衡的特征进行相关分析解答。

(1)SO2在400~500℃下的催化氧化生成SO3，其化学反应方程式为2SO2+O22SO3，根据方程式及各物质的化学计量数之比可推知，曲线Ⅰ表示O2，曲线Ⅱ表示SO3，曲线Ⅲ表示SO2；

(2)根据(1)可知，曲线Ⅰ表示O2，从开始到平衡，O2的逆反应速率不断增大，直至平衡时不变，因此O2的逆反应速率最大点为f点；

(3)根据公式可得，t1至t2时间段内，υ(SO3)=；

(4)A．根据图像可知，t2时反应未达到平衡状态，A错误；

B．t2时，反应仍正向进行，同一物质的正反应速率大于逆反应速率，即III代表的物质的消耗速率大于它的生成速率，B正确；

C．根据方程式2SO2+O22SO3，反应前后气体的物质的量发生改变，t2时反应未达到平衡，t3时反应达到平衡，两个时刻容器内的气体的总物质的量不同，C错误；

D．反应在500℃下进行，相对于450℃为升温过程，该反应为放热反应，升温平衡逆向进行，因此平衡时n(SO3)＜gmol，D错误；

答案选B；

(5)A．υ正(O2)＝υ逆(SO2)时正、逆反应速率不相等，反应没有达到平衡状态，A不选；

B．反应达到平衡时各组分的物质的量保持不变，但不一定等于化学计量数之比，因此n(SO2)∶n(O2)∶n(SO3)＝2∶1∶2不能判断反应是否达到平衡，B不选；

C．该反应在恒容容器中进行，气体总体积不变，总质量也不变，因此无论反应是否到达平衡，气体的密度均不改变，故容器中气体的密度不随时间而变化不能说明反应达到平衡状态，C不选；

D．该反应前后气体的物质的量发生改变，恒温恒容条件下，根据PV=nRT可知，气体的压强不断发生改变，压强不变时可以说明反应达到平衡状态，D选；

故答案选D。