Question

運用化學反應原理研究氮、硫等單質及其化合物的反應有重要意義

（1）硫酸生產過程中2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，平衡混合體系中SO3的百分含量和溫度的關系如右圖所示，根據(jù)下圖回答下列問題：

①2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)的△H__________0（填“>”或“<”），

②一定條件下，將SO2與O2以體積比2:1置于一體積不變的密閉容器中發(fā)生以上反應，能說明該反應已達到平衡的是???????? 。

A．體系的密度不發(fā)生變化???? ????????????? ? B．SO2與SO3的體積比保持不變

C．體系中硫元素的質量百分含量不再變化??? ?? D．單位時間內轉移4 mol 電子，同時消耗2 mol SO3

E．容器內的氣體分子總數(shù)不再變化

（2）一定的條件下，合成氨反應為：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)。圖1表示在此反應過程中的能量的變化，圖2表示在2L的密閉容器中反應時N2的物質的量隨時間的變化曲線。圖3表示在其他條件不變的情況下，改變起始物氫氣的物質的量對此反應平衡的影響。

圖1 ????? ? ? 圖2?? ???? ? 圖3

①該反應的平衡常數(shù)表達式為?????????? ，升高溫度，平衡常數(shù)????????? （填“增大”或“減小”或“不變”）。

②由圖2信息，計算0~10min內該反應的平均速率v(H2)=??????? ，從11min起其它條件不變，壓縮容器的體積為1L，則n(N2)的變化曲線為??????? (填“a”或“b”或“c”或“d”)

③圖3 a、b、c三點所處的平衡狀態(tài)中，反應物N2的轉化率最高的是 ????? 點，溫度T1 ?? T2（填“>”或“=”或“<”）

（3）若將等物質的量的SO2與NH3溶于水充分反應，所得溶液呈???? 性，所得溶液中c(H+)- c(OH－)=??????????? （填寫表達式）（已知：H2SO3：Ka1=1．7×10－2，Ka2=6．0×10－8，NH3·H2O：Kb=1．8×10－5）

 

Answer 1

【答案】

（1）①<?? ② B E????

（2）①? 減小? ② 0．045mol/(L·min)??? d??? ③c??? <

（3）酸性???? c(HSO3－) + 2c(SO32－)—c(NH4+)或c(SO32－) + c(NH3·H2O)—c(H2SO3)

【解析】

試題分析：（1）①由圖像可知：溫度越高，平衡混合體系中SO3的百分含量越低。說明升高溫度，化學平衡向逆反應方向移動。根據(jù)平衡移動原理：升高溫度，化學平衡向吸熱反應方向移動。逆反應方向為吸熱反應，所以該反應的正反應為放熱反應。因此△H <0． ② A． 密閉容器的體積不變，所以任何時刻物質的密度都不會發(fā)生改變。錯誤。B． SO2與SO3的體積比保持不變,說明單位時間內SO2與SO3的物質的量不變，其濃度也不會發(fā)生改變，反應達到平衡狀態(tài)。正確。C． 因為總質量不變，化學反應無論是否發(fā)生，也無論反應進行到什么時刻，都存在著體系中硫元素的質量百分含量不再變化。因此不能由此判斷反應是否達到平衡狀態(tài)。錯誤。D． 若轉移4 mol 電子必然消耗2 mol SO3，但產生SO3的物質的量不能確定，所以不能判斷反應是否達到平衡狀態(tài)。錯誤。E． 由于該反應是個反應前后氣體體積不等的可逆反應。若未達到平衡，則氣體的分子數(shù)必然發(fā)生改變�，F(xiàn)在容器內的氣體分子總數(shù)不再變化。說明任何物質的消耗個數(shù)與生成個數(shù)相等。反應達到平衡狀態(tài)。正確。因此正確選項為B、E。（2）①化學平衡常數(shù)是可逆反應達到平衡狀態(tài)時各生成物的濃度冪指數(shù)的乘積與各反應物濃度濃度冪指數(shù)的乘積的比。該反應的平衡常數(shù)表達式為根據(jù)圖1可以看出：反應物的能量高，生成物的能量低，該反應的正反應為放熱反應。所以，升高溫度，化學平衡向吸熱反應方向移動（即向逆反應方向移動）。升高溫度，平衡常數(shù)減小。②由圖2信息可知：在10min內c(N2)=0．3mol÷2L= 0．15 mol/L,v(N2)= 0．15mol/L÷10min=0．015mol/(L·min)。v(H2):v(N2)=3:1,所以v(H2) =3 v(N2)= 0．045 mol/(L·min)．將容器的容積由2L壓縮為1L的瞬間，各種物質的濃度都增大為原來的2倍。反應體系的壓強也增大。根據(jù)平衡移動原理，增大壓強，化學平衡向氣體體積減小的方向移動。因為該反應的正反應是氣體體積減小的反應，所以壓縮容器的容積，化學平衡正向移動。這時N2的濃度由于平衡移動消耗又有所減少，但只能減弱這種改變,物質的量繼續(xù)減少直至達到新的平衡狀態(tài)。n(N2)的變化曲線為d．。③在其它條件不變的情況下，增大某種反應物的濃度能使其它反應物的轉化率提高，而它本身的轉化率反而降低。由于在c點時氫氣的物質的量最大，所以此時氮氣的轉化率最高。升高溫度，化學平衡向吸熱反應方向移動。該反應的正反應為放熱反應。在其它條件相同時，溫度為T1時的NH3的含量高。說明溫度T1<T2。（3）若將等物質的量的SO2與NH3溶于水充分反應，由于H2SO3：Ka1=1．7×10－2>NH3·H2O：Kb=1．8×10－5，所以所得溶液呈酸性。根據(jù)電荷守恒可得：c(NH4+)+c(H+)= c(OH-)+ 2c(SO32-)+c(HSO3-)．所以c(H+)-c(OH-)=2c(SO32-)+c(HSO3-)- c(NH4+)． SO2與NH3等物質的量混合，則得到NH4HSO3。在溶液中存在：HSO3-H++SO32-；NH4++H2ONH3·H2O+ H+; HSO3-+H2O H2SO3+OH- ．c(H+)=c(SO32-)+c(NH3·H2O),c(OH-)=c(H2SO3),所以c(H+)-c(OH-)= c(SO32-) +c(NH3·H2O) -c(H2SO3)。

考點：考查反應物轉化率的比較、溶液中離子濃度的關系、化學平衡狀態(tài)的判斷及移動、化學平衡常數(shù)的表達式及影響因素、化學反應速率和反應熱的計算的知識。