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图1所示，根据图1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4mol 电子，同时消耗2mol 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2表示在此反应过程中的能量的变化，图3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4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．

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3a、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

＜beK=减小0.045mol/（L•min）dc＜酸性c（HSO3﹣）+2c（SO32﹣）﹣c（NH4+）或c（SO32﹣）+c（NH3•H2O）﹣c（H2SO3）

【解析】

①由图可知，温度越高SO3的含量越低，即升高温度平衡向逆反应移动，所以正反应是放热反应，△H＜0；
②2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)，反应气体体积减小，气体质量不变；a．2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g)，反应气体体积减小，气体质量不变，体系的密度不发生变化，所以体系的密度不发生变化，不能说明反应达到平衡状态，故a错误；b．SO2与SO3的体积比保持不变，反应达到平衡状态，故b正确；c．2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g)，气体质量不变，S元素质量不变，体系中硫元素的质量百分含量不再变化，不能说明反应达到平衡状态，故c错误；d．任何状态下，单位时间内转移4mol 电子，同时消耗2mol SO3，不能说明反应达到平衡状态，故d错误；e．容器内的气体分子总数不再变化，说明各物质的浓度不变，说明反应达到平衡状态，故e正确；故答案为be；

(2)①N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，反应的平衡常数K=，图象1分析可知反应是放热反应，反应物能量高于生成物能量，温度升高平衡逆向进行，平衡常数减小；
②图象分析2L的密闭容器中，V(N2)=V(H2)==0.015mol/L•min，V(H2)=0.045mol/L•min；
从11min起其它条件不变，压缩容器的体积为1L，压强增大，平衡正向进行，瞬间氮气物质的量不变，随平衡正向进行，氮气物质的量减小，则n(N2)的变化曲线d符合；

③图3表示平衡时氨气含量与氢气起始物质的量关系，曲线上各点都处于平衡状态，故a、b、c都处于平衡状态，达平衡后，增大氢气用量，氮气的转化率增大，故a、b、c三点中，c的氮气的转化率最高；由图3可知，氢气的起始物质的量相同时，温度T1平衡后，氨气的含量更高，该反应为放热反应，降低温度平衡向正反应移动，故温度T1＜T2，温度越高化学平衡越低，故K1＞K2；

(3)若将等物质的量的SO2与NH3溶于水充分反应，所得溶液呈酸性，c(OH-)=c(H+)，电解质溶液中存在电荷守恒c(H+)+c(NH4+)=c(OH-)+c(HSO3-)+2c(SO32-)得到：c(H+)-c(OH-)=c(HSO3-)+2c(SO32-)-c(NH4+)。

点睛：考查化学反应和化学平衡影响因素的分析判断，图象分析和平衡常数变化是解题关键，分析图象变化量，计算氮气的反应速率，结合反应速率之比等于系数之比计算得到氢气速率，依据化学反应速率概念计算得到，缩体积，增大压强，平衡向正反应移动，改变瞬间n(N2)不变，达平衡是n(N2)减小；③图3表示平衡时氨气含量与氢气起始物质的量关系，曲线上各点都处于平衡状态，达平衡后，增大氢气用量，氮气的转化率增大；由图3可知，氢气的起始物质的量相同时，温度T1平衡后，氨气的含量更高，该反应为放热反应，降低温度平衡向正反应移动，故温度T1＜T2，据此解答。