Question

C、N、S是重要的非金屬元素，按要求回答下列問題：

（1）煙道氣中含有的CO和SO₂是重要的污染物，可在催化劑作用下將它們轉化為S（s）和CO₂，此反應的熱化學式為    ．

已知：CO（g）+1/2O₂（g）=CO₂（g）△H=﹣283.0kJ•mol^﹣1；S（s）+O₂=SO₂（g）△H=﹣296.0kJ•mol^﹣1

（2）向甲、乙兩個均為1L的密閉容器中，分別充入5mol SO₂和3mol O₂，發(fā)生反應：2SO₂ （g）+O₂ （g）⇌2SO₃（g）△H＜0．甲容器在溫度為T₁的條件下反應，達到平衡時SO₃的物質的量為4.5mol；乙容器在溫度為T₂的條件下反應，達到平衡時SO₃的物質的量為4.6mol．

則T₁＞T₂（填“＞”“＜”），甲容器中反應的平衡常數(shù)K=    ．

（3）如圖1所示，A是恒容的密閉容器，B是一個體積可變的充氣氣囊．保持恒溫，關閉K₂，分別將1mol N₂和3mol H₂通過K₁、K₃充入A、B中，發(fā)生的反應為N₂（g）+3H₂（g）⇌2NH₃（g），起始時A、B的體積相同均為a L．

①圖2示意圖中正確，且既能說明A容器中反應達到平衡狀態(tài)，又能說明B容器中反應達到平衡狀態(tài)的是d．

②容器A中反應到達平衡時所需時間t s，達到平衡后容器的壓強變?yōu)樵瓉淼?/6，則平均反應速率v（H₂）=   ．

（4）將0.1mol氨氣分別通入1L pH=1的鹽酸、硫酸和醋酸溶液中，完全反應后三溶液中NH₄⁺離子濃度分別為c₁、c₂、c₃，則三者濃度大小的關系為     （用c₁、c₂、c₃和＞、＜、=表示）．已知醋酸銨溶液呈中性，常溫下CH₃COOH的K_a=1×10^﹣5 mol•L^﹣1，則該溫度下0.1mol•L^﹣1的NH₄Cl溶液的pH為   ．

Answer 1

考點：  熱化學方程式；化學平衡的影響因素；化學平衡的計算；弱電解質在水溶液中的電離平衡；鹽類水解的應用．

分析：  （1）已知①CO（g）+O₂（g）=CO₂（g）△H=﹣283.0KJ•mol^﹣1

②S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=﹣296.0KJ•mol^﹣1

根據(jù)蓋斯定律將方程式①×2﹣②得2CO（g）+SO₂（g）=S（s）+2CO₂（g），然后計算反應熱；

（2）該反應為放熱反應，溫度越高，生成的SO₃越少；先利用三段式求出平衡時各物質的濃度，再根據(jù)K=計算；

（3）①化學反應達到化學平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，且不等于0，各物質的濃度不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不發(fā)生變化，以此進行判斷；

②已知反應為N₂（g）+3H₂（g）⇌2NH₃（g），通入1mol N₂和3mol H₂，達到平衡后容器的壓強變?yōu)樵瓉淼?/6，根據(jù)壓強之比等于物質的量比結合三段式計算；

（4）pH=1的醋酸中醋酸的濃度大于0.1mol/L，則通入0.1mol氨氣反應后，醋酸有剩余，醋酸電離的氫離子能抑制銨根離子的電離，氨氣與硫酸和鹽酸恰好反應；

醋酸銨溶液呈中性，則一水合氨和醋酸的電離常數(shù)相同，常溫下CH₃COOH的Ka=1×10^﹣5 mol•L^﹣1，所以NH₃•H₂O的電離常數(shù)為1×10^﹣5 mol•L^﹣1，Ka=，Kh==1×10^﹣9，據(jù)此計算．

解答：  解：（1）①CO（g）+O₂（g）=CO₂（g）△H=﹣283.0KJ•mol^﹣1

②S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=﹣296.0KJ•mol^﹣1

將方程式①×2﹣②得2CO（g）+SO₂（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=（﹣283.0KJ•mol^﹣1）×2﹣（﹣296.0KJ•mol^﹣1）=﹣270KJ•mol^﹣1，

所以熱化學反應方程式為：2CO（g）+SO₂（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=﹣270KJ•mol^﹣1，

故答案為：2CO（g）+SO₂（g）=S（s）+2CO₂（g）△H=﹣270KJ•mol^﹣1；

（2）該反應為放熱反應，溫度越高，生成的SO₃越少，達到平衡時甲容器中生成的三氧化硫的物質的量少，則甲容器的溫度高，即T₁＞T₂；

               2SO₂ （g）+O₂ （g）⇌2SO₃（g）

起始（mol/L）：5          3        0

轉化（mol/L）：x         0.5x      x

平衡（mol/L）：5﹣x        3﹣0.5x    x

達到平衡時SO₃的物質的量為4.5mol，則x=4.5mol/L，所以K===108L•mol^﹣1；

故答案為：＞；108L•mol^﹣1；

（3）①a．密度=，總質量一定，A中體積不變，故密度不變，所以不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故a錯誤；

b．恒溫條件下，平衡常數(shù)保持不變，則不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故b錯誤；

c．都是正反應速率，不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故c錯誤；

d．N₂的轉化率先增大，后保持不變，說明反應達到平衡狀態(tài)，與圖象相符，故d正確；

故答案為：d；

②

             N₂（g）+3H₂（g）⇌2NH₃（g）

起始（mol）：1       3          0

轉化（mol）：x       3x         2x

平衡（mol）：1﹣x     3﹣3x       2x

達到平衡后容器的壓強變?yōu)樵瓉淼?sub>，則=，解得x=，

v（H₂）==mol•L^﹣1•S^﹣1；

故答案為：mol•L^﹣1•S^﹣1；

（4）pH=1的醋酸中醋酸的濃度大于0.1mol/L，則通入0.1mol氨氣反應后，醋酸有剩余，醋酸電離的氫離子能抑制銨根離子的電離，銨根離子濃度較大，氨氣與硫酸和鹽酸恰好反應，所以溶液中銨根離子濃度：c₁=c₂＜c₃，；

醋酸銨溶液呈中性，則一水合氨和醋酸的電離常數(shù)相同，常溫下CH₃COOH的K_a=1×10^﹣5 mol•L^﹣1，所以NH₃•H₂O的電離常數(shù)為1×10^﹣5 mol•L^﹣1，

Ka==1×10^﹣5，Kh==1×10^﹣9，

設c（H⁺）為xmol/L，

則Kh=，解得x=1×10^﹣5mol/L，所以pH=5；

故答案為：c₁=c₂＜c₃；5．

點評：  本題考查較綜合，涉及平衡常數(shù)計算、反應速率計算、平衡狀態(tài)判斷、弱電解質的電離等知識點，這些都是2015屆高考高頻點，側重考查學生分析、計算及知識運用能力，注意只有反應前后改變的物理量才能作為平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)，注意化學平衡常數(shù)計算中用物質濃度而不是物質的量計算，這些都是易錯點．