Question

運用化學反應原理研究氮、硫、氯等單質及其化合物的反應有重要意義．
（1）氮是地球上含量豐富的一種元素，氮及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活中有著重要作用，如圖是一定的溫度和壓強下N₂和H₂反應生成lmolNH₃過程中能量變化示意圖，請寫出工業(yè)合成氨的熱化學方程式：

 

（△H的數(shù)值用含字母Q₁、Q₂的代數(shù)式表示）．

（2）硫酸生產(chǎn)中，SO₂催化氧化生成SO₃：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），混合體系中SO₃的體積分數(shù)和溫度的關系如圖1所示（曲線上任何一點都表示平衡狀態(tài)），根據(jù)圖示回答下列問題，

①2SO₃?2SO₂+O₂的△H

 

0．
②若溫度為T₁、T₂，反應的平衡常數(shù)分別為K₁，K₂，則K₁

 

K₂；
③反應進行到狀態(tài)D時，v_正

 

v_逆（填＜、＞或=）．
（3）Cl₂合成有機物時會產(chǎn)生副產(chǎn)物HC1.4HCl（g）+O₂（g）?2Cl₂（g）+2H₂O（g）可實現(xiàn)氯的循環(huán)利用．
①該反應平衡常數(shù)的表達式K=

 

；若反應容器的容積為2L，4min后達到平衡，測得容器內物質由2.5mol減少至2.25mol，則HCl的平均反應速率為

 

mol/L?min．
②若該反應在體積不變的密閉容器中發(fā)生，當反應達平衡時，下列敘述正確的是

 

．
a．4v_正（HCl）=v_逆（O₂）
b．又加入1mol O₂，達新平衡時，HCl的轉化率增大
c．分離出H₂O，達新平衡時，v_正（HCl）增大
③圖2是該反應兩種投料比[n （HCl）：n （O₂）分別為4：1和2：1下，反應溫度對HCl平衡轉化率影響的曲線．下列敘述正確的是

 

．
a．其他條件不變，升高溫度，平衡常數(shù)K值增大
b．若平衡常數(shù)K值變大，達新平衡前v_逆始終減小
c．若平衡常數(shù)K值變大，則平衡向正反應方向移動
④投料比為4：1、溫度為400℃時，平衡混合物中
Cl₂的物質的量分數(shù)是

 

%．（計算結果保留一位小數(shù)）

Answer 1

考點：產(chǎn)物的百分含量隨濃度、時間的變化曲線,熱化學方程式,化學平衡的影響因素,轉化率隨溫度、壓強的變化曲線

專題：化學反應中的能量變化,化學平衡專題

分析：（1）由圖求出N₂和H₂反應生成1molNH₃的反應熱，再根據(jù)熱化學反應方程式的書寫要求解答；
（2）①由圖可知，溫度越高，混合體系中SO₃的百分含量越小，說明升高溫度平衡向逆反應進行，據(jù)此判斷；
②根據(jù)溫度和化學平衡常數(shù)之間的關系來判斷；
③D狀態(tài)未達平衡，混合體系中SO₃的百分含量小于平衡時的，反應向正反應進行建立平衡；
（3）①化學平衡常數(shù)，是指在一定溫度下，可逆反應達到平衡時各生成物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積所得的比值，據(jù)此書寫；根據(jù)物質的量差量計算參加反應的HCl的物質的量，再根據(jù)v=

△n V

△t

計算v（HCl）；
②a．平衡時不同物質表示的速率之比等于化學計量數(shù)之比；
b．增大一種反應物的濃度，平衡向正反應移動，其它反應物的轉化率增大；
c．分離出H₂O，生成的濃度降低，達新平衡時，v_正（HCl）降低；
③由圖可知，投料比一定時，溫度越高HCl的轉化率越低，故該反應正反應是放熱反應，升高溫度平衡向逆反應方向移動，平衡常數(shù)k降低；平衡常數(shù)增大應降低溫度，平衡向正反應方向移動，改變體積瞬間反應速率降低，此后正反應速率降低、逆反應速率增大；
④增大一種反應物的濃度，平衡向正反應移動，其它反應物的轉化率增大，故投料比n （HCl）：n （O₂）=2：1到達平衡時HCl的轉化率更高，由圖象可知，a曲線表示的HCl的轉化率更高，故a表示投料比為2：1，b表示投料比為4：1．由圖可知，投料比為4：1、溫度為40℃時，HCl的轉化率為75%，令n （HCl）=4mol、n （O₂）=1mol，計算參加反應的HCl，利用三段式計算平衡時各組分的物質的量，據(jù)此計算．

解答： 解：（1）由圖可知，N₂和H₂反應生成1molNH₃放出的熱量為（b-a）kJ，該反應的熱化學反應方程式為N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-2（Q₂-Q₁）kJ?mol^-1，
故答案為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-2（Q₂-Q₁）kJ?mol^-1；
（2）①由圖可知，溫度越高，混合體系中SO₃的百分含量越小，說明升高溫度平衡向逆反應方向進行，該反應是放熱的，即△H＜0，故答案為：＜；
②由圖可知，溫度越高，混合體系中SO₃的百分含量越小，說明升高溫度平衡向逆反應方向進行，K值減小，故平衡常數(shù)K₁＞K₂，
故答案為：＞；
③D狀態(tài)未達平衡，混合體系中SO₃的百分含量小于平衡時的，反應向正反應進行建立平衡，所以V_正＞V_逆，
故答案為：＞；
（3）①4HCl+O₂?2Cl₂+2H₂O的平衡常數(shù)k=的表達式K=

c2(Cl2)?c2(H2O)

c4(HCl)?c(O2)

；8min后達到平衡，測得容器內物質由2.5mol減少至2.25mol，則：
4HCl+O₂?2Cl₂+2H₂O  物質的量減少△n
4                      1
n（HCl）           2.5mol-2.25mol=0.25mol
故n（HCl）=0.25mol×4=1mol，
故v（HCl）=

1mol 2L

4min

=0.125mol/（L?min），
故答案為：

c2(Cl2)?c2(H2O)

c4(HCl)?c(O2)

；0.0625；
②a．4v_正（HCl）=v_逆（O₂）即v_正（HCl）：v_逆（O₂）=1：4，不等于化學計量數(shù)之比4：1，反應未到達平衡，向逆反應進行，故a錯誤；
b．加入1mol O₂，氧氣的濃度，平衡向正反應移動，HCl的轉化率增大，故b正確；
c．分離出H₂O，生成的濃度降低，達新平衡時，v_正（HCl）降低，故c錯誤；
故答案為：b；
③a．升高溫度平衡向逆反應方向移動，平衡常數(shù)k降低，故a錯誤；
b．平衡常數(shù)增大應降低溫度，平衡向正反應方向移動，改變體積瞬間反應速率降低，此后正反應速率降低、逆反應速率增大，故b錯誤；
c．平衡常數(shù)增大應降低溫度，該反應正反應是放熱反應，平衡向正反應方向移動，故c正確；
故答案為：c；
④增大一種反應物的濃度，平衡向正反應移動，其它反應物的轉化率增大，故投料比n （HCl）：n （O₂）=2：1到達平衡時HCl的轉化率更高，由圖象可知，a曲線表示的HCl的轉化率更高，故a表示投料比為2：1，b表示投料比為4：1．由圖可知，投料比為4：1、溫度為40℃時，HCl的轉化率為75%，令n （HCl）=4mol、n （O₂）=1mol，則參加反應的HCl為4mol×75%=3mol，則：
           4HCl+O₂?2Cl₂+2H₂O 
開始（mol）：4    1    0    0
變化（mol）：3  0.75  1.5   1.5
平衡（mol）：1  0.25  1.5   1.5
故平衡混合物中Cl₂的物質的量分數(shù)是

1.5mol

1mol+0.25mol+1.5mol+1.5mol

×100%=35.3%，
故答案為：35.3%．

點評：本題考查化學平衡、本題考查化學平衡常數(shù)、化學反應速率、化學平衡狀態(tài)與有關計算、化學平衡圖象、熱化學方程式及讀圖能力等，根據(jù)圖象判斷曲線表示的投料比與反應熱效應是解題關鍵．難度中等，（2）中用字母表示反應熱數(shù)值，符號的確定容易忽略，為易錯點．