Question

2．（1）接觸法制硫酸工藝中，其主反應(yīng)在450℃并有催化劑存在下進(jìn)行：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-190kJ/mol
①下列描述中能說明上述反應(yīng)已達(dá)平衡的是bd．
a．υ（O₂）_正=2v（SO₃）_逆
b．容器中氣體的平均相對分子質(zhì)量不隨時間而變化
c．容器中氣體的密度不隨時間而變化
d．容器中氣體的分子總數(shù)不隨時間而變化
②在一個固定容積為5L的密閉容器中充入0.20molSO₂和0.10molO₂半分鐘后達(dá)到平衡，測得容器中含SO₃0.18mol，則υ（O₂）=0.036mol•L^-1•min^-1；若繼續(xù)通入0.4molSO₂和0.2molO₂則平衡向正反應(yīng)方向移動（填“向正反應(yīng)方向”、“向逆反應(yīng)方向”或“不”），再次達(dá)到平衡后，0.54mol＜n（SO₃）＜0.6mol．
（2）工業(yè)生產(chǎn)尿素的原理是以NH₃和CO₂為原料合成尿素[CO（NH₂）]，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）（1）+H₂O（l），該反應(yīng)的平衡常數(shù)和溫度關(guān)系如下：

T/°C	165	175	185	195
K	111.9	74.1	50.6	34.8

①△H＜ 0 （填“＞”、“＜”或“=”）
②在一定溫度和壓強(qiáng)下，若原料氣中的NH₃和CO₂的物質(zhì)的量之比（氨碳比）$\frac{{n（N{H_3}）}}{{n（C{O_2}）}}=x$，下圖是氨碳比（x）與CO₂平衡轉(zhuǎn)化率（a）的關(guān)系．a(chǎn)隨著x增大而增大的原因是NH₃的量增大，平衡正向移動，則增大CO₂的轉(zhuǎn)化率．
（3）圖中的B點(diǎn)處，NH₃的平衡轉(zhuǎn)化率為32%．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的標(biāo)志：正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率，平衡混合物中各組成成分的含量不變來判斷；
②化學(xué)反應(yīng)速率的定義求出氧氣的速率；根據(jù)影響化學(xué)平衡的因素來判斷平衡移動方向，利用極限法求出再次達(dá)平衡后n（SO₃）的范圍；
（2）①依據(jù)平衡常數(shù)隨溫度變化分析判斷反應(yīng)吸熱、放熱；
②增大反應(yīng)物濃度，平衡正向進(jìn)行；
（3）依據(jù)x含義和圖象數(shù)據(jù)分析結(jié)合化學(xué)方程式換算氨氣轉(zhuǎn)化率．

解答 解：（1）①化學(xué)平衡狀態(tài)的標(biāo)志：正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率，平衡混合物中各組成成分的含量不變來判斷，
a、v_正（O₂）=$\frac{1}{2}$v_正（SO₃），正逆反應(yīng)速率不等，所以未平衡，故錯誤；
b、容器中氣體的平均分子量不隨時間而變化，說明平衡混合物中各組成成分含量不變，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故正確；
c、氣體的密度=$\frac{質(zhì)量}{體積}$，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，反應(yīng)過程中氣體的總質(zhì)量不變，容器體積不變，氣體的密度不會發(fā)生變化，故容器中氣體的密度不隨時間而變化，不能判斷反應(yīng)是否達(dá)到平衡，故錯誤；
d、該反應(yīng)為氣體的分子總數(shù)減少的反應(yīng)，當(dāng)容器中氣體的分子總數(shù)不隨時間而變化時，平衡混合物中各組成成分含量不變，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故正確；
故選bd；
②當(dāng)生成0.18molSO₃時，參加反應(yīng)的氧氣的物質(zhì)的量為x，
2SO₂+O₂$?_{△}^{五氧化二釩}$2SO₃
          1                  2
           x           0.18mol
  則   $\frac{1}{x}$=$\frac{2}{0.18}$    
解之得：x=0.09mol
v（O₂）=$\frac{0.09mol}{5L×0.5min}$=0.036mol．L^-1•min^-1；
繼續(xù)通入0.40mol SO₂和0.20mol O₂，容器內(nèi)壓強(qiáng)增大，平衡向氣體體積減小的方向移動，即向正反應(yīng)方向移動；
用極限法求出n（SO₃）的范圍，
假設(shè)平衡不移動，此時n（SO₃）=0.18×3=0.54mol，
假設(shè)0.60molSO₂完全生成SO₃，根據(jù)化學(xué)方程式2SO₂+O₂$?_{△}^{五氧化二釩}$2SO₃，可知n（SO₃）=0.6mol，
所以再次達(dá)到平衡時，0.54mol＜n（SO₃）＜0.60mol．                                   
故答案為：0.036； 向正反應(yīng)方向；0.54； 0.6；
（2）①平衡常數(shù)隨溫度升高減小，說明正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H＜0，故答案為：＜；
②2NH₃ （g）+CO₂ （g）?CO（NH₂）₂ （l）+H₂O （l），圖象分析判斷，增大氨氣濃度平衡正向進(jìn)行，二氧化碳轉(zhuǎn)化率增大；故答案為：NH₃的量增大，平衡正向移動，則增大CO₂的轉(zhuǎn)化率；
（3）B點(diǎn)處x=4，原料氣中的NH₃和CO₂的物質(zhì)的量之比為4，二氧化碳轉(zhuǎn)化率為64%，假設(shè)氨氣為4mol，二氧化碳為1mol，則反應(yīng)的二氧化碳為0.64mol，
依據(jù)化學(xué)方程式2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（l）反應(yīng)的氨氣為1.28mol，
NH₃的平衡轉(zhuǎn)化率=$\frac{1.28mol}{4mol}$×100%=32%，
故答案為：32%．

點(diǎn)評 本題考查較為綜合，涉及化學(xué)反應(yīng)與能量、化學(xué)平衡的計算等問題，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重于學(xué)生的分析和計算能力的考查，難度不大，注意相關(guān)基礎(chǔ)知識的積累．