Question

运用化学反应原理研究氮、硫等单质及其化合物的反应有重要意义

（1）硫酸生产过程中2SO₂(g)＋O₂(g)2SO₃(g)，平衡混合体系中SO₃的百分含量和温度的关系如右图所示，根据下图回答下列问题：

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

②一定条件下，将SO₂与O₂以体积比2:1置于一体积不变的密闭容器中发生以上反应，能说明该反应已达到平衡的是         。

A．体系的密度不发生变化                     B．SO₂与SO₃的体积比保持不变

C．体系中硫元素的质量百分含量不再变化       D．单位时间内转移4 mol 电子，同时消耗2 mol SO₃

E．容器内的气体分子总数不再变化

（2）一定的条件下，合成氨反应为：N₂(g)+3H₂(g) 2NH₃(g)。图1表示在此反应过程中的能量的变化，图2表示在2L的密闭容器中反应时N₂的物质的量随时间的变化曲线。图3表示在其他条件不变的情况下，改变起始物氢气的物质的量对此反应平衡的影响。

图1           图2          图3

①该反应的平衡常数表达式为           ，升高温度，平衡常数          （填“增大”或“减小”或“不变”）。

②由图2信息，计算0~10min内该反应的平均速率v(H₂)=        ，从11min起其它条件不变，压缩容器的体积为1L，则n(N₂)的变化曲线为        (填“a”或“b”或“c”或“d”)

③图3 a、b、c三点所处的平衡状态中，反应物N₂的转化率最高的是       点，温度T₁    T₂（填“>”或“=”或“<”）

（3）若将等物质的量的SO₂与NH₃溶于水充分反应，所得溶液呈     性，所得溶液中c(H⁺)- c(OH^－)=            （填写表达式）（已知：H₂SO₃：Ka₁=1．7×10^－2，Ka₂=6．0×10^－8，NH₃·H₂O：Kb=1．8×10^－5）

Answer

（1）①< ② B E

（2）① 减小 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】

试题分析：（1）①由图像可知：温度越高，平衡混合体系中SO3的百分含量越低。说明升高温度，化学平衡向逆反应方向移动。根据平衡移动原理：升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动。逆反应方向为吸热反应，所以该反应的正反应为放热反应。因此△H <0． ② A． 密闭容器的体积不变，所以任何时刻物质的密度都不会发生改变。错误。B． SO2与SO3的体积比保持不变,说明单位时间内SO2与SO3的物质的量不变，其浓度也不会发生改变，反应达到平衡状态。正确。C． 因为总质量不变，化学反应无论是否发生，也无论反应进行到什么时刻，都存在着体系中硫元素的质量百分含量不再变化。因此不能由此判断反应是否达到平衡状态。错误。D． 若转移4 mol 电子必然消耗2 mol SO3，但产生SO3的物质的量不能确定，所以不能判断反应是否达到平衡状态。错误。E． 由于该反应是个反应前后气体体积不等的可逆反应。若未达到平衡，则气体的分子数必然发生改变。现在容器内的气体分子总数不再变化。说明任何物质的消耗个数与生成个数相等。反应达到平衡状态。正确。因此正确选项为B、E。（2）①化学平衡常数是可逆反应达到平衡状态时各生成物的浓度幂指数的乘积与各反应物浓度浓度幂指数的乘积的比。该反应的平衡常数表达式为根据图1可以看出：反应物的能量高，生成物的能量低，该反应的正反应为放热反应。所以，升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动（即向逆反应方向移动）。升高温度，平衡常数减小。②由图2信息可知：在10min内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)．将容器的容积由2L压缩为1L的瞬间，各种物质的浓度都增大为原来的2倍。反应体系的压强也增大。根据平衡移动原理，增大压强，化学平衡向气体体积减小的方向移动。因为该反应的正反应是气体体积减小的反应，所以压缩容器的容积，化学平衡正向移动。这时N2的浓度由于平衡移动消耗又有所减少，但只能减弱这种改变,物质的量继续减少直至达到新的平衡状态。n(N2)的变化曲线为d．。③在其它条件不变的情况下，增大某种反应物的浓度能使其它反应物的转化率提高，而它本身的转化率反而降低。由于在c点时氢气的物质的量最大，所以此时氮气的转化率最高。升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动。该反应的正反应为放热反应。在其它条件相同时，温度为T1时的NH3的含量高。说明温度T1NH3·H2O：Kb=1．8×10－5，所以所得溶液呈酸性。根据电荷守恒可得：c(NH4+)+c(H+)= c(OH-)+ 2c(SO32-)+c(HSO3-)．所以c(H+)-c(OH-)=2c(SO32-)+c(HSO3-)- c(NH4+)． SO2与NH3等物质的量混合，则得到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)。

考点：考查反应物转化率的比较、溶液中离子浓度的关系、化学平衡状态的判断及移动、化学平衡常数的表达式及影响因素、化学反应速率和反应热的计算的知识。