Question

運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理研究氮、硫等單質(zhì)及其化合物的反應(yīng)有重要意義

（1）硫酸生產(chǎn)過(guò)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(guān)系如右圖所示，根據(jù)下圖回答下列問(wèn)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(yīng)，能說(shuō)明該反應(yīng)已達(dá)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(zhì)量百分含量不再變化??? ?? D．單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)移4 mol 電子，同時(shí)消耗2 mol SO3

E．容器內(nèi)的氣體分子總數(shù)不再變化

（2）一定的條件下，合成氨反應(yīng)為：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)。圖1表示在此反應(yīng)過(guò)程中的能量的變化，圖2表示在2L的密閉容器中反應(yīng)時(shí)N2的物質(zhì)的量隨時(shí)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(zhì)的量對(duì)此反應(yīng)平衡的影響。

圖1 ????? ? ? 圖2?? ???? ? 圖3

①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)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(jì)算0~10min內(nèi)該反應(yīng)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(diǎn)所處的平衡狀態(tài)中，反應(yīng)物N2的轉(zhuǎn)化率最高的是 ????? 點(diǎn)，溫度T1 ?? T2（填“>”或“=”或“<”）

（3）若將等物質(zhì)的量的SO2與NH3溶于水充分反應(yīng)，所得溶液呈???? 性，所得溶液中c(H+)- c(OH－)=??????????? （填寫(xiě)表達(dá)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(shuō)明升高溫度，化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)。根據(jù)平衡移動(dòng)原理：升高溫度，化學(xué)平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)。逆反應(yīng)方向?yàn)槲鼰岱磻?yīng)，所以該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。因此△H <0． ② A． 密閉容器的體積不變，所以任何時(shí)刻物質(zhì)的密度都不會(huì)發(fā)生改變。錯(cuò)誤。B． SO2與SO3的體積比保持不變,說(shuō)明單位時(shí)間內(nèi)SO2與SO3的物質(zhì)的量不變，其濃度也不會(huì)發(fā)生改變，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。正確。C． 因?yàn)榭傎|(zhì)量不變，化學(xué)反應(yīng)無(wú)論是否發(fā)生，也無(wú)論反應(yīng)進(jìn)行到什么時(shí)刻，都存在著體系中硫元素的質(zhì)量百分含量不再變化。因此不能由此判斷反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)。錯(cuò)誤。D． 若轉(zhuǎn)移4 mol 電子必然消耗2 mol SO3，但產(chǎn)生SO3的物質(zhì)的量不能確定，所以不能判斷反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)。錯(cuò)誤。E． 由于該反應(yīng)是個(gè)反應(yīng)前后氣體體積不等的可逆反應(yīng)。若未達(dá)到平衡，則氣體的分子數(shù)必然發(fā)生改變�，F(xiàn)在容器內(nèi)的氣體分子總數(shù)不再變化。說(shuō)明任何物質(zhì)的消耗個(gè)數(shù)與生成個(gè)數(shù)相等。反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。正確。因此正確選項(xiàng)為B、E。（2）①化學(xué)平衡常數(shù)是可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)各生成物的濃度冪指數(shù)的乘積與各反應(yīng)物濃度濃度冪指數(shù)的乘積的比。該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為根據(jù)圖1可以看出：反應(yīng)物的能量高，生成物的能量低，該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。所以，升高溫度，化學(xué)平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)（即向逆反應(yīng)方向移動(dòng)）。升高溫度，平衡常數(shù)減小。②由圖2信息可知：在10min內(nèi)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(zhì)的濃度都增大為原來(lái)的2倍。反應(yīng)體系的壓強(qiáng)也增大。根據(jù)平衡移動(dòng)原理，增大壓強(qiáng)，化學(xué)平衡向氣體體積減小的方向移動(dòng)。因?yàn)樵摲磻?yīng)的正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，所以壓縮容器的容積，化學(xué)平衡正向移動(dòng)。這時(shí)N2的濃度由于平衡移動(dòng)消耗又有所減少，但只能減弱這種改變,物質(zhì)的量繼續(xù)減少直至達(dá)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(yīng)物的濃度能使其它反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率提高，而它本身的轉(zhuǎn)化率反而降低。由于在c點(diǎn)時(shí)氫氣的物質(zhì)的量最大，所以此時(shí)氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率最高。升高溫度，化學(xué)平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)。該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。在其它條件相同時(shí)，溫度為T1時(shí)的NH3的含量高。說(shuō)明溫度T1<T2。（3）若將等物質(zhì)的量的SO2與NH3溶于水充分反應(yīng)，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(zhì)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(diǎn)：考查反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率的比較、溶液中離子濃度的關(guān)系、化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷及移動(dòng)、化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式及影響因素、化學(xué)反應(yīng)速率和反應(yīng)熱的計(jì)算的知識(shí)。