Question

11．運(yùn)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)圖1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(dá)到平衡的是be（填字母編號）．
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2表示在此反應(yīng)過程中的能量的變化，圖3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4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該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=$\frac{c{\;}^{2}（NH{\;}_{3}）}{c（N{\;}_{2}）c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$，升高溫度，平衡常數(shù)減�。ㄌ睢霸龃蟆被颉皽p小”或“不變”）．
②由圖3信息，計算0～10min內(nèi)該反應(yīng)的平均速率v（H₂）=0.045mol/L•min，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d（填“a”或“b”或“c”或“d”）
③圖4a、b、c三點(diǎn)所處的平衡狀態(tài)中，反應(yīng)物N₂的轉(zhuǎn)化率最高的是c點(diǎn)，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)，所得溶液呈酸性，所得溶液中c（H⁺）-c（OH^-）=c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）-c（NH₄⁺）（填寫表達(dá)式）（已知：H₂SO₃：Ka₁=1.7×10^-2，Ka₂=6.0×10^-8，NH₃•H₂O：K_b=1.8×10^-5）．

Answer 1

分析 （1）①由圖可知，溫度越高SO₃的含量越低，即升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動；
②根據(jù)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不變，由此衍生的一些物理量也不變；
（2）①由圖象1分析，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，依據(jù)化學(xué)方程式和平衡常數(shù)概念分析寫出表達(dá)式；
②分析圖象變化量，計算氮?dú)獾姆磻?yīng)速率，結(jié)合反應(yīng)速率之比等于系數(shù)之比計算得到氫氣速率，依據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率概念計算得到，縮體積，增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)移動，改變瞬間n（N₂）不變，達(dá)平衡是n（N₂）減小；
③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(diǎn)都處于平衡狀態(tài)，達(dá)平衡后，增大氫氣用量，氮?dú)獾霓D(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，據(jù)此解答；
（3）依據(jù)溶液中電荷守恒分析．

解答 解：（1）①由圖可知，溫度越高SO₃的含量越低，即升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動，所以正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，△H＜0，故答案為：＜；
②2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），反應(yīng)氣體體積減小，氣體質(zhì)量不變，
a．2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），反應(yīng)氣體體積減小，氣體質(zhì)量不變，體系的密度不發(fā)生變化，所以體系的密度不發(fā)生變化，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故a錯誤；
b．SO₂與SO₃的體積比保持不變，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故b正確；
c．2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），氣體質(zhì)量不變，S元素質(zhì)量不變，體系中硫元素的質(zhì)量百分含量不再變化，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故c錯誤；
d．任何狀態(tài)下，單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)移4mol 電子，同時消耗2mol SO₃，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故d錯誤；
e．容器內(nèi)的氣體分子總數(shù)不再變化，說明各物質(zhì)的濃度不變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故e正確．
故答案為：be；
（2）①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{c{\;}^{2}（NH{\;}_{3}）}{c（N{\;}_{2}）c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$，圖象1分析可知反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)物能量高于生成物能量，溫度升高平衡逆向進(jìn)行，平衡常數(shù)減小，故答案為：$\frac{c{\;}^{2}（NH{\;}_{3}）}{c（N{\;}_{2}）c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$；減�。�
②圖象分析2L的密閉容器中，V（N₂）=$\frac{1}{3}$V（H₂）=$\frac{\frac{0.6mol-0.3mol}{2L}}{10min}$=0.015mol/L•min，V（H₂）=0.045mol/L•min；
從11min起其它條件不變，壓縮容器的體積為1L，壓強(qiáng)增大，平衡正向進(jìn)行，瞬間氮?dú)馕镔|(zhì)的量不變，隨平衡正向進(jìn)行，氮?dú)馕镔|(zhì)的量減小，則n（N₂）的變化曲線d符合；
故答案為：0.045mol/L•min；d；
③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(diǎn)都處于平衡狀態(tài)，故a、b、c都處于平衡狀態(tài)，達(dá)平衡后，增大氫氣用量，氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率增大，故a、b、c三點(diǎn)中，c的氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率最高；
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，溫度越高化學(xué)平衡越低，故K₁＞K₂；
故答案為：c；＜；
（3）若將等物質(zhì)的量的SO₂與NH₃溶于水充分反應(yīng)，所得溶液呈酸性，c（OH^-）=c（H⁺），電解質(zhì)溶液中存在電荷守恒c（H⁺）+c（NH₄⁺）=c（OH^-）+c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）得到：c（H⁺）-c（OH^-）=c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）-c（NH₄⁺），故答案為：酸；c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）-c（NH₄⁺）．

點(diǎn)評 本題考查了化學(xué)反應(yīng)和化學(xué)平衡影響因素的分析判斷，圖象分析和平衡常數(shù)變化是解題關(guān)鍵，題目難度中等．