Question

運用化學(xué)反應(yīng)原理研究氮、硫等單質(zhì)及其化合物的反應(yīng)有重要意義
（1）硫酸生產(chǎn)過程中2SO₂(g)＋O₂(g)2SO₃(g)，平衡混合體系中SO₃的百分含量和溫度的關(guān)系如右圖所示，根據(jù)下圖回答下列問題：

①2SO₂(g)+O₂(g)2SO₃(g)的△H__________0（填“>”或“<”），
②一定條件下，將SO₂與O₂以體積比2:1置于一體積不變的密閉容器中發(fā)生以上反應(yīng)，能說明該反應(yīng)已達到平衡的是        。

A．體系的密度不發(fā)生變化	B．SO2與SO3的體積比保持不變
C．體系中硫元素的質(zhì)量百分含量不再變化	D．單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)移4 mol 電子，同時消耗2 mol SO3

E．容器內(nèi)的氣體分子總數(shù)不再變化
（2）一定的條件下，合成氨反應(yīng)為：N₂(g)+3H₂(g)  2NH₃(g)。圖1表示在此反應(yīng)過程中的能量的變化，圖2表示在2L的密閉容器中反應(yīng)時N₂的物質(zhì)的量隨時間的變化曲線。圖3表示在其他條件不變的情況下，改變起始物氫氣的物質(zhì)的量對此反應(yīng)平衡的影響。

圖1           圖2         圖3
①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為          ，升高溫度，平衡常數(shù)         （填“增大”或“減小”或“不變”）。
②由圖2信息，計算0~10min內(nèi)該反應(yīng)的平均速率v(H₂)=       ，從11min起其它條件不變，壓縮容器的體積為1L，則n(N₂)的變化曲線為       (填“a”或“b”或“c”或“d”)
③圖3 a、b、c三點所處的平衡狀態(tài)中，反應(yīng)物N₂的轉(zhuǎn)化率最高的是       點，溫度T₁   T₂（填“>”或“=”或“<”）
（3）若將等物質(zhì)的量的SO₂與NH₃溶于水充分反應(yīng)，所得溶液呈    性，所得溶液中c(H⁺)- c(OH^－)=           （填寫表達式）（已知：H₂SO₃：Ka₁=1．7×10^－2，Ka₂=6．0×10^－8，NH₃·H₂O：Kb=1．8×10^－5）

Answer 1

（1）①<  ②B E    
（2）① 減小 ②0．045mol/(L·min)    d   ③c    <
（3）酸性     c(HSO₃^－) + 2c(SO₃^2－)—c(NH₄⁺)或c(SO₃^2－) + c(NH₃·H₂O)—c(H₂SO₃)

試題分析：（1）①由圖像可知：溫度越高，平衡混合體系中SO₃的百分含量越低。說明升高溫度，化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動。根據(jù)平衡移動原理：升高溫度，化學(xué)平衡向吸熱反應(yīng)方向移動。逆反應(yīng)方向為吸熱反應(yīng)，所以該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。因此△H<0．② A． 密閉容器的體積不變，所以任何時刻物質(zhì)的密度都不會發(fā)生改變。錯誤。B． SO₂與SO₃的體積比保持不變,說明單位時間內(nèi)SO₂與SO₃的物質(zhì)的量不變，其濃度也不會發(fā)生改變，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)。正確。C． 因為總質(zhì)量不變，化學(xué)反應(yīng)無論是否發(fā)生，也無論反應(yīng)進行到什么時刻，都存在著體系中硫元素的質(zhì)量百分含量不再變化。因此不能由此判斷反應(yīng)是否達到平衡狀態(tài)。錯誤。D． 若轉(zhuǎn)移4 mol 電子必然消耗2 mol SO_3，但產(chǎn)生SO₃的物質(zhì)的量不能確定，所以不能判斷反應(yīng)是否達到平衡狀態(tài)。錯誤。E． 由于該反應(yīng)是個反應(yīng)前后氣體體積不等的可逆反應(yīng)。若未達到平衡，則氣體的分子數(shù)必然發(fā)生改變�，F(xiàn)在容器內(nèi)的氣體分子總數(shù)不再變化。說明任何物質(zhì)的消耗個數(shù)與生成個數(shù)相等。反應(yīng)達到平衡狀態(tài)。正確。因此正確選項為B、E。（2）①化學(xué)平衡常數(shù)是可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時各生成物的濃度冪指數(shù)的乘積與各反應(yīng)物濃度濃度冪指數(shù)的乘積的比。該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為根據(jù)圖1可以看出：反應(yīng)物的能量高，生成物的能量低，該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。所以，升高溫度，化學(xué)平衡向吸熱反應(yīng)方向移動（即向逆反應(yīng)方向移動）。升高溫度，平衡常數(shù)減小。②由圖2信息可知：在10min內(nèi)c(N₂)=0．3mol÷2L= 0．15 mol/L,v(N₂)= 0．15mol/L÷10min=0．015mol/(L·min)。v(H₂):v(N₂)=3:1,所以v(H₂) ="3" v(N₂)= 0．045 mol/(L·min)．將容器的容積由2L壓縮為1L的瞬間，各種物質(zhì)的濃度都增大為原來的2倍。反應(yīng)體系的壓強也增大。根據(jù)平衡移動原理，增大壓強，化學(xué)平衡向氣體體積減小的方向移動。因為該反應(yīng)的正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，所以壓縮容器的容積，化學(xué)平衡正向移動。這時N₂的濃度由于平衡移動消耗又有所減少，但只能減弱這種改變,物質(zhì)的量繼續(xù)減少直至達到新的平衡狀態(tài)。n(N₂)的變化曲線為d．。③在其它條件不變的情況下，增大某種反應(yīng)物的濃度能使其它反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率提高，而它本身的轉(zhuǎn)化率反而降低。由于在c點時氫氣的物質(zhì)的量最大，所以此時氮氣的轉(zhuǎn)化率最高。升高溫度，化學(xué)平衡向吸熱反應(yīng)方向移動。該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。在其它條件相同時，溫度為T1時的NH₃的含量高。說明溫度T1<T2。（3）若將等物質(zhì)的量的SO₂與NH₃溶于水充分反應(yīng)，由于H₂SO₃：Ka₁=1．7×10^－2>NH₃·H₂O：Kb=1．8×10^－5，所以所得溶液呈酸性。根據(jù)電荷守恒可得：c(NH₄⁺)+c(H⁺)= c(OH^-)+ 2c(SO₃^2-)+c(HSO₃^-)．所以c(H⁺)-c(OH^-)=2c(SO₃^2-)+c(HSO₃^-)- c(NH₄⁺)． SO₂與NH₃等物質(zhì)的量混合，則得到NH₄HSO₃。在溶液中存在：HSO₃^-H⁺+SO₃^2-；NH₄⁺+H₂ONH₃·H₂O+ H⁺; HSO₃^-+H₂O H₂SO₃+OH^-．c(H⁺)=c(SO₃^2-)+c(NH₃·H₂O),c(OH^-)=c(H₂SO₃),所以c(H⁺)-c(OH^-)= c(SO₃^2-) +c(NH₃·H₂O) -c(H₂SO₃)。