哈三中某课外活动小组改进铜与浓硫酸反应的实验,制备并验证二氧化硫的性质,请回答下列问题:
(1)铜丝在实验中的作用:______.
(2)实验过程中在装置C中会看到什么现象?______;请用化学方程式解释:______.
(3)已知反应:2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)△H=-196.6kJ•mol-1,在一恒温恒容容器中投入一定量的SO2和O2,经过一段时间一定能证明该反应已达平衡状态的是______.
A.混合气体密度保持不变
B.c(SO2):c(O2):c(SO3)=2:1:2
C.容器内气体分子总数不随时间变化
D.相同时间内,消耗2n mol SO2的同时消耗n mol O2
(4)将0.23mol SO2和0.11mol O2放入容积为1L的密闭容器中,在一定温度下,经过2min反应达到平衡,得到0.12mol SO3.则用SO2浓度变化来表示反应速率为υ(SO2)=______.
若此时保持温度不变,同时通入0.12mol SO3和 0.15mol O2,则平衡______(填“正向移动”、“逆向移动”、“不移动”、“无法确定”).
但若保持温度不变,只通入1.00mol O2,则重新达到平衡时,SO2的平衡浓度______.(填“填大”、“不变”或“减小”),O2的转化率______(填“升高”、“不变”或“降低”),SO2的体积分数______(填“增大”、“不变”或“减小”).
(1)利用铜与浓硫酸反应的改进实验,实验目的是制备并验证二氧化硫的性质,所以需要生成二氧化硫气体进行性质验证,为了避免过多的污染气体生成又能满足实验要求,用抽动的铜丝控制反应的进行和停止,用于控制反应速率和生成用量;
故答案为:控制反应的开始和停止;
(2)生成的二氧化硫气体通过C装置时,由于吸收具有强氧化性,二氧化硫具有还原性,所以二氧化硫会被氧化为硫酸,硝酸被还原为无色的一氧化氮气体,遇到试管内空气中的氧气会反应生成红棕色二氧化氮气体,所以现象为:生成无色气体并变为红棕色;反应的化学方程式为:SO2+HNO3=H2SO4+NO 2NO+02=2NO2
故答案为:生成无色气体并变为红棕色 SO2+HNO3=H2SO4+NO 2NO+02=2NO2
(3)证明化学反应达到平衡的标志最根本的是正逆反应速率相同;
A、混合气体的密度等于气体质量除以总体积,在反应体系中都是气体,质量不变,反应在恒容容器中进行,体积不变,所以不能用来判断平衡的标志,故A错误;
B、c(SO2):c(O2):c(SO3)=2:1:2,浓度之比在相同时间内等于速率之比,速率之比等于系数之比,只要正向进行就满足此关系,故不能用来判断平衡的标志,故B错误;
C、反应前后是 气体体积变化的反应,平衡移动,分子数变化,容器内气体分子总数不随时间变化,说明反应达到平衡,故C可以说明反应达到平衡;
D、相同时间内,消耗2n mol SO2的同时消耗n mol O2只能说明反应正向进行,不能作为平衡的标志,故D错误;
故答案为:C
(4)将0.23mol SO2和0.11mol O2放入容积为1L的密闭容器中,在一定温度下,经过2min反应达到平衡,得到0.12mol
SO3.依据化学平衡的三段式计算列式;
2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)
起始量(mol) 0.23 0.11 0
变化量(mol) 0.12 0.06 0.12
平衡量(mol) 0.11 0.05 0.12
所以用SO2浓度变化来表示反应速率=
=0.06mol/L•min-10.12mol 1L 2min
若此时保持温度不变,同时通入0.12mol SO3和 0.15mol O2,相当于各物质的量为
2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)
0.11 0.05 0.12
0 0.15 0.12
0.11 0.2 0.24
温度不变,平衡常数不变,可以用此时的浓度商与平衡常数进行判断平衡移动的方向;
平衡常数K=
=[SO3]2 [SO2]2 [O2] (
)20,12 1 (
)2×0.11 1 0.05 1
浓度商Qc=
=C2(SO3) C2(SO2)×C(O2)
=K,所以平衡不移动;(
)20.24 1 (
)2×0.11 1 0.2 1
但若保持温度不变,只通入1.00mol O2,平衡正向进行,增大了二氧化硫的转化率,本身转化率降低,则重新达到平衡时,二氧化硫的体积分数减小;
故答案为:0.06mol/L•min-1;不移动;减小;减小;减小