Question

2．Ⅰ（1）如圖是NH₃和O₂反應(yīng)生成N₂和H₂O的能量變化如圖1，已知鍵能O=O為497kJ/mol，N≡N為946kJ/mol，斷開(kāi)1molN-H鍵與斷開(kāi)1molO-H鍵所需能量相差72kJ．
（2）已知N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=+180kJ/mol，則NH₃和O₂反應(yīng)生成NO和H₂O（g）的熱化學(xué)方程式為4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905 kJ/mol．
Ⅱ利用催化氧反應(yīng)將SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃是工業(yè)上生產(chǎn)硫酸的關(guān)鍵步驟．
已知：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H＜0
（1）該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）×c（{O}_{2}）}$；某溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{10}{3}$，若在此溫度下，向100L的恒容密閉容器中，充入3.0molSO₂（g）、16molO₂（g）和3.0molSO₃（g），則反應(yīng)開(kāi)始時(shí)v（正）＞v（逆）（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）一定溫度下，向一帶活塞的體積為2L的密閉容器中充入2.0molSO₂和1.0molO₂，達(dá)到平衡后體積變?yōu)?.6L，則SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率為60%．
（3）在（2）中的反應(yīng)達(dá)到平衡后，改變下列條件，能使SO₂（g）平衡濃度比原來(lái)減小的是AC．
A．保持溫度不變和容器體積不變，充入1.0molO₂
B．保持溫度和容器內(nèi)壓強(qiáng)不變，充入1.0molSO₃
C．降低溫度
D．移動(dòng)活塞壓縮氣體
（4）若以如圖2所示裝置，用電化學(xué)原理生產(chǎn)硫酸，其中通SO₂的電極為負(fù)極，寫(xiě)出該電極的電極反應(yīng)式SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺．

Answer 1

分析 I．（1）由圖可得：4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（g）△H=-（2365-1100）kJ•mol^-1=-1265kJ•mol^-1，而反應(yīng)熱=反應(yīng)物的總鍵能-生成物的總鍵能；
（2）由圖可得：4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1265kJ•mol^-1 ①
又知N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=+180kJ/mol ②
根據(jù)蓋斯定律，①+②×2可得：4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）；
Ⅱ．（1）化學(xué)平衡常數(shù)是指：一定溫度下，可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，生成物的濃度系數(shù)次冪之積與反應(yīng)物的濃度系數(shù)次冪之積的比，固體、純液體不需要在化學(xué)平衡常數(shù)中寫(xiě)出；
計(jì)算此時(shí)濃度商Qc，若Qc=K，處于平衡狀態(tài)，若Qc＜K，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，若Qc＞K，反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行，進(jìn)而判斷v（正）、v（逆）相對(duì)大小；
（2）恒溫恒壓下，氣體體積之比等于物質(zhì)的量之比，可得平衡后混合氣體總物質(zhì)的量，利用差量法計(jì)算參加反應(yīng)二氧化硫的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算二氧化硫的轉(zhuǎn)化率；
（3）反應(yīng)：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H＜0
A．保持溫度不變和容器體積不變，充入1.0molO₂，平衡正向移動(dòng)；
B．保持溫度和容器內(nèi)壓強(qiáng)不變，充入1.0molSO₃，轉(zhuǎn)化到方程式左邊，滿(mǎn)足SO₂、₂的物質(zhì)的量之比為2：1，與原平衡為等效平衡，平衡時(shí)同種組分的濃度與原平衡相等；
C．降低溫度，平衡正向移動(dòng)；
D．移動(dòng)活塞壓縮氣體，體積減小，各組分濃度增大；
（4）由圖可知，二氧化硫氧化生成硫酸，通SO₂的電極為負(fù)極．

解答 解：I．（1）由圖可得：4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（g）△H=-（2365-1100）kJ•mol^-1=-1265kJ•mol^-1，
設(shè)N-H鍵能為amol/L、O-H鍵能為bmol/L，反應(yīng)熱=反應(yīng)物的總鍵能-生成物的總鍵能，則：12×a mol/L+3×497kJ/mol-2×946kJ/mol-12×b mol/L=-1265kJ/mol，整理可得：a-b=-72，
故答案為：72；
（2）由圖可得：4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1265kJ•mol^-1 ①
又知N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=+180kJ/mol ②
根據(jù)蓋斯定律，①+②×2可得：4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-1265kJ•mol^-1 +2×180kJ/mol=-905 kJ/mol，
故答案為：4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905 kJ/mol；
Ⅱ．（1）2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）×c（{O}_{2}）}$，此時(shí)濃度商Qc=$\frac{（\frac{3}{100}）^{2}}{（\frac{3}{100}）^{2}×\frac{16}{100}}$=$\frac{100}{16}$＜K=$\frac{100}{3}$，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，則v（正）＞v（逆），
故答案為：$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）×c（{O}_{2}）}$；＞；
（2）恒溫恒壓下，氣體體積之比等于物質(zhì)的量之比，則平衡后混合氣體總物質(zhì)的量為（2+1）mol×$\frac{1.6L}{2L}$=2.4mol，
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）物質(zhì)的量減小△n
2mol                              1mol
1.2mol                            3mol-2.4mol=0.6mol
則二氧化硫的轉(zhuǎn)化率為$\frac{1.2mol}{2mol}$×100%=60%，
故答案為：60%；
（3）反應(yīng)：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H＜0
A．保持溫度不變和容器體積不變，充入1.0molO₂，平衡正向移動(dòng)，SO₂（g）平衡濃度減小，故A正確；
B．保持溫度和容器內(nèi)壓強(qiáng)不變，充入1.0molSO₃，轉(zhuǎn)化到方程式左邊，滿(mǎn)足SO₂、₂的物質(zhì)的量之比為2：1，與原平衡為等效平衡，平衡時(shí)同種組分的濃度與原平衡相等，故B錯(cuò)誤；
C．降低溫度，平衡正向移動(dòng)，SO₂（g）平衡濃度減小，故C正確；
D．移動(dòng)活塞壓縮氣體，體積減小，各組分濃度增大，則SO₂（g）平衡濃度增大，故D錯(cuò)誤，
故選：AC；
（4）由圖可知，二氧化硫氧化生成硫酸，通SO₂的電極為負(fù)極，電極反應(yīng)式為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：負(fù)；SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、化學(xué)平衡常數(shù)及其應(yīng)用、反應(yīng)熱計(jì)算、熱化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)、原電池原理等，屬于拼合型題目，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)與靈活運(yùn)用能力．