Question

(18分)C、N、S是重要的非金属元素，按要求回答下列问题：

（1）烟道气中含有的CO和SO₂是重要的污染物，可在催化剂作用下将它们转化为S（s）和CO₂，此反应的热化学方程式为______________________________________。

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

（2）向甲、乙两个均为1L的密闭容器中，分别充入5mol SO₂和3mol O₂，发生反应：2 SO₂ (g)＋O₂ (g)2 SO₃ (g)  △H＜0。甲容器在温度为T₁的条件下反应，达到平衡时SO₃的物质的量为4.5mol；乙容器在温度为T₂的条件下反应，达到平衡时SO₃的物质的量为4.6mol。则T₁________T₂(填“＞”“＜”)，甲容器中反应的平衡常数K=___________。

（3）如图所示， A是恒容的密闭容器，B是一个体积可变的充气气囊。保持恒温，关闭K₂，分别将1 mol N₂和3mol H₂通过K₁、K₃充入A、B中，发生的反应为N₂(g)+3H₂(g) 2NH₃(g)，起始时A、B的体积相同均为a L。

①下列示意图正确，且既能说明A容器中反应达到平衡状态，又能说明B容器中反应达到平衡状态的是___。

②容器A中反应到达平衡时所需时间t s，达到平衡后容器的压强变为原来的5/6，则平均反应速率v(H₂)=____。

（4）将0.1mol氨气分别通入1L pH=1的盐酸、硫酸和醋酸溶液中，完全反应后三溶液中NH₄⁺离子浓度分别为c₁、c₂、c₃，则三者浓度大小的关系为_______ (用c₁、c₂、c₃和＞、＜、＝表示)。已知醋酸铵溶液呈中性，常温下CH₃COOH的Ka＝1×10^－5 mol·L^－1，则该温度下0.1 mol·L^－1的NH₄Cl溶液的pH为_________。

Answer

（18分，除标明3分外，其余每空均为2分）

（1）2CO（g）+SO2（g）=S(s)+2CO2(g) △H=-270 kJ·mol－1(3分)

（2）> 108L·mol－1 (3分，缺少单位或错误扣1分)

（3）d 1/atmol·L－1·S－1(3分，缺少单位或错误扣1分)

（4）c1= c2< c3，PH=5(3分)

【解析】

试题分析：（1）已知①CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g) △H=-283.0kJ·mol－1；②S(s)+O2=SO2(g) △H=-296.0 kJ·mol－1，根据盖斯定律：①×2-②得CO和SO2在催化剂作用下转化为S（s）和CO2的热化学方程式为2CO（g）+SO2（g）=S(s)+2CO2(g) △H=-270 kJ·mol－1。（2）反应：2 SO2 (g)＋O2 (g)2 SO3 (g) △H＜0，降低温度，平衡正向移动，SO3的物质的量增大。温度为T1时反应达到平衡时SO3的物质的量为4.5mol，温度为T2时反应达到平衡时SO3的物质的量为4.6mol，故T1＞T2。分析题给数据知甲容器中反应达平衡时[SO3]= 4.5mol·L－1，[SO2]= 0.5mol·L－1，[O2]= 0.75mol·L－1，甲容器中反应的平衡常数K=[SO3]2/[SO2]2 [O2]= 108L·mol－1。（3）①a.A是恒容的密闭容器，容器内气体的密度不随反应的进行而变化，不能作为平衡标志；B是一个体积可变容器，该反应正向为气体物质的量减小的反应，随着反应的进行容器的体积逐渐减小，达平衡时容器的体积不变，则容器内气体的密度随反应的进行逐渐增大，达平衡时密度不变，与图像不符，错误；b.温度不变，化学平衡常数不随反应的进行而变化，不能作为平衡标志，错误；c.根据题意知反应从正向开始，随着反应的进行反应物的浓度逐渐减小，达平衡时保持不变，故正反应速率不断减小，最后不变，与图像不符，错误；d.随着反应的进行氮气的转化率逐渐增大，达平衡后氮气的转化率保持不变，与图像相符，正确，选d。② A是体积为a L恒容的密闭容器，达到平衡后容器的压强变为原来的5/6，容器内气体的物质的量变为原来的5/6，反应前容器内气体的总物质的量为4mol，气体物质的量减小2/3mol，利用差量法结合反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)计算参加反应的氢气的物质的量为1mol，容器A中反应到达平衡时所需时间t s，则平均反应速率v(H2)= 1/atmol·L－1·s－1。（4）将0.1mol氨气分别通入1L pH=1的盐酸、硫酸和醋酸溶液中，完全反应后所得溶液分别为氯化铵溶液、硫酸铵溶液、醋酸铵和醋酸的混合液，醋酸的存在抑制醋酸铵中铵离子的水解，NH4+离子浓度分别为c1、c2、c3，则三者浓度大小的关系为c1= c2< c3。醋酸铵溶液呈中性，则铵离子和醋酸根的水解程度相同，醋酸和一水合氨的电离常数相等。常温下CH3COOH的Ka＝1×10－5 mol·L－1，一水合氨的电离常数Kb=1×10－5 mol·L－1，NH4Cl溶液存在：NH4+ + H2O NH3·H2O + H+，Kh=[ NH3·H2O][ H+]/[ NH4+]=Kw/Kb=1×10－9，又[ NH3·H2O]=[ H+]，[ NH4+]=0.1 mol·L－1，则[ H+]=1×10－5 mol·L－1，则该温度下0.1 mol·L－1的NH4Cl溶液的pH为5。

考点：考查盖斯定律、热化学方程式的书写，化学反应速率和化学平衡，弱电解质的电离和盐类的水解。