接触法制硫酸工艺中,其主反应在450℃并有催化剂存在下进行:2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g);△H=-190KJ/mol
(1)该反应的平衡常数表达式是______,该反应450℃时的平衡常数______ 500℃时的平衡常数(填“大于”、“小于”或“等于”).
(2)说明反应达到平衡状态是______.
a. V(O2)正=2V(SO3)逆 b.ひ(SO2)正׃ひ(O2)逆=2:1
c.容器中气体的密度不随时间而变化 d.容器中气体的分子总数不随时间而变化
e.容器中气体的平均分子量不随时间而变化
(3)在一个固定容积为5L的密闭容器中充入0.20mol SO2和0.10molO2,半分钟后达到平衡,测得容器中含SO30.18mol,则V(O2)=______mol.L-1.min-1:若继续通入0.30mol SO2和0.15mol O2,则平衡______移动(填“向正反应方向”、“向逆反应方向”或“不”),再次达到平衡后,______mol<n(SO3)<______mol.
(1)化学平衡常数K=生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积,即K=
2,对于放热反应,升高温度,K减小,故答案为:K=[SO3] [SO2]2[O2]
2;大于;[SO3] [SO2]2[O2]
(2)a. 化学方程式的系数之比等于化学反应中各物质的反应速率之比,V(O2)正=V(SO3)逆,均为正反应速率,不能判断是否达到平衡明反应得到平衡状态,故a错误;
b.ひ(SO2)正׃ひ(O2)逆=2:1,表明正逆反应速率相等是平衡状态,故b正确;
c.容器中气体的密度=
,反应前后质量守恒,反应在体积不变的容器中进行,所以气体的密度始终不变,故c错误;m V
d.该反应为气体的分子总数减少的反应,当容器中气体的分子总数不随时间而变化时,平衡混合物中各组成成分含量不变,反应达到平衡状态,故d正确;
e.容器中气体的平均分子量=
,反应前后质量守恒,反应是一个气体物质的量变化的反应,所以当容器中气体的平均分子量不随时间而变化时是平衡状态,故e正确.气体总质量 气体总物质的量
故选bde;
(3)当生成0.18molSO3时,参加反应的氧气的物质的量为x,
2SO2+O2
2SO3五氧化二钒 △
1 2
x 0.18mol
=1 2 x 0.18
解得x=0.09mol,
v(O2)=
=0.036mol•L-1•min-1;0.09mol 5L•0.5min
继续通入0.30molSO2和0.15molO2,容器内压强增大,平衡向气体体积减小的方向移动,即向正反应方向移动;
用极限法求出n(SO3)的范围,假设平衡不移动,此时n(SO3)=0.18×2=0.36mol,假设0.50molSO2完全生成SO3,根据化学方程式2SO2+O2⇌2SO3可知n(SO3)=0.5mol,所以再次达到平衡时,0.36mol<n(SO3)<0.50mol,
故答案为:0.036;向正反应方向;0.45;0.50.