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)系如圖，根據(jù)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4mol電子，同時消耗2mol 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．

①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”）．
②圖3 中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）汽車尾氣中NO_x和CO的生成及轉(zhuǎn)化
①已知汽缸中生成NO的反應(yīng)為：N₂（g）+O₂（g?2NO（g）△H＞0，若1mol空氣含0.8mol N₂和0.2mol O₂，1300°C時在密閉容器內(nèi)反應(yīng)達到平衡，測得NO為8×10^-4mol．計算該溫度下的平衡常數(shù)K=

 

．汽車啟動后，汽缸溫度越高，單位時間內(nèi)NO排放量越大，原因是

 

．
②汽車燃油不完全燃燒時產(chǎn)生CO，有人設(shè)想按下列反應(yīng)除去CO：2CO（g）=2C（s）+O₂（g）已知該反應(yīng)的△H＞0，簡述該設(shè)想能否實現(xiàn)的依據(jù)：

 

．

Answer 1

考點：體積百分含量隨溫度、壓強變化曲線,化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷

專題：

分析：（1）①曲線上的點都是平衡點，由圖可知，溫度越高，SO₃的百分含量越低，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動；
②當(dāng)反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不再改變，由此衍生的一些物理量也不變，以此進行判斷；
（2）①由圖2可知，0～10min內(nèi)氮氣的物質(zhì)的量變化量為0.6mol-0.3mol=0.3mol，根據(jù)v=

△n

V

計算v（N₂），再根據(jù)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比計算v（H₂）；11min壓縮體積，壓強增大，平衡向正反應(yīng)移動，平衡時氮氣的物質(zhì)的量小于原平衡；
②圖3表示平衡時氨氣含量與氫氣起始物質(zhì)的量關(guān)系，曲線上各點都處于平衡狀態(tài)，達平衡后，增大氫氣用量，氮氣的轉(zhuǎn)化率增大；由圖3可知，氫氣的起始物質(zhì)的量相同時，溫度T₁平衡后，氨氣的含量更高，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度平衡向正反應(yīng)移動，故溫度T₁＜T₂；
（3）①平衡常數(shù)為產(chǎn)物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪的乘積的比值；該反應(yīng)正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度，反應(yīng)速率加快，平衡向吸熱的方向移動；
②反應(yīng)自發(fā)進行的判斷依據(jù)是△H-T△S＜0，反應(yīng)自發(fā)進行，△H-T△S＞0，反應(yīng)非自發(fā)進行．

解答： 解：（1）①曲線上的點都是平衡點，由圖可知，溫度越高，SO₃的百分含量越低，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動，故該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，△H＜0，
故答案為：＜； 
②a．體積不變的密閉容器中進行反應(yīng)2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），反應(yīng)物和生成物都是氣體，所以無論是否達平衡，體系的密度不發(fā)生變化，故a錯誤；        
b．SO₂與SO₃的體積比保持不變，SO₂與SO₃的濃度不再變化，說明正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故b正確；
c．體積不變的密閉容器中，無論是否達平衡，體系中硫元素的質(zhì)量百分含量始終變化，故c錯誤；
d．2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），硫元素從+4價升高為+6價，生成2mol三氧化硫，轉(zhuǎn)移4mol電子，所以只要反應(yīng)開始進行逆反應(yīng)，單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)移4mol電子，同時消耗2molSO₃，不能說明反應(yīng)達到平衡，故d錯誤；
e．2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），正反應(yīng)為氣體的分子數(shù)減少的反應(yīng)，當(dāng)容器內(nèi)的氣體分子總數(shù)不再變化，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故e正確；
故答案為：be；
（2）①由圖2可知，0～10min內(nèi)氮氣的物質(zhì)的量變化量為0.6mol-0.3mol=0.3mol，v（N₂）=

0.3mol

2L 10min

=0.015mol/（L?min），速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，故v（H₂）=3v（N₂）=3×0.015mol/（L?min）=0.045mol/（L?min），11min壓縮體積，壓強增大，平衡向正反應(yīng)移動，平衡時氮氣的物質(zhì)的量小于原平衡，故n（N₂）的變化曲線為d，
故答案為：0.045mol/（L?min）；d；
②圖3表示平衡時氨氣含量與氫氣起始物質(zhì)的量關(guān)系，曲線上各點都處于平衡狀態(tài)，故a、b、c都處于平衡狀態(tài)，達平衡后，增大氫氣用量，氮氣的轉(zhuǎn)化率增大，故a、b、c三點中，c的氮氣的轉(zhuǎn)化率最高，量相同時，溫度T₁平衡后，氨氣的含量更高，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度平衡向正反應(yīng)移動，故溫度T₁＜T₂，
故答案為：c；＜；
（3）①假設(shè)體積為VL，依據(jù)反應(yīng)的三段式列式計算：N₂（g）+O₂（g ）?2NO（g）
起始量（mol）                               0.8           0.2               0
變化量（mol）                              4×10^-4mol     4×10^-4mol         8×10^-4mol
平衡量（mol）                            （0.8-4×10^-4）mol  （0.2-4×10^-4）mol 8×10^-4mol
平衡常數(shù)K=

c2(NO)

c(N2)×c(O2)

=4×10^-6，該反應(yīng)正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，所以汽車啟動后，汽缸溫度越高，反應(yīng)速率加快，平衡右移，
故答案為：4×10^-6；溫度升高，反應(yīng)速率加快，平衡右移；
②2CO（g）=2C（s）+O₂（g）△H＞0 熵減小△S＜0，則△H-T△S＞0，不能自發(fā)進行，故答案為：該反應(yīng)是焓增，熵減的反應(yīng)，任何溫度下均不能自發(fā)進行．

點評：本題考查反應(yīng)進程與反應(yīng)熱關(guān)系圖象、化學(xué)平衡圖象、影響化學(xué)平衡的因素、化學(xué)平衡常數(shù)等，理解三段式求解方法以及外界條件對平衡的影響是解題關(guān)鍵．題目難度較大．