Question

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

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生以上反應，能說明該反應已達到平衡的是        。

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

E．容器內的氣體分子總數不再變化
（2）一定的條件下，合成氨反應為：N₂(g)+3H₂(g)  2NH₃(g)。圖1表示在此反應過程中的能量的變化，圖2表示在2L的密閉容器中反應時N₂的物質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的量對此反應平衡的影響。

圖1           圖2         圖3
①該反應的平衡常數表達式為          ，升高溫度，平衡常數         （填“增大”或“減小”或“不變”）。
②由圖2信息，計算0~10min內該反應的平均速率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中，反應物N₂的轉化率最高的是       點，溫度T₁   T₂（填“>”或“=”或“<”）
（3）若將等物質的量的SO₂與NH₃溶于水充分反應，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，化學平衡向逆反應方向移動。根據平衡移動原理：升高溫度，化學平衡向吸熱反應方向移動。逆反應方向為吸熱反應，所以該反應的正反應為放熱反應。因此△H<0．② A． 密閉容器的體積不變，所以任何時刻物質的密度都不會發生改變。錯誤。B． SO₂與SO₃的體積比保持不變,說明單位時間內SO₂與SO₃的物質的量不變，其濃度也不會發生改變，反應達到平衡狀態。正確。C． 因為總質量不變，化學反應無論是否發生，也無論反應進行到什么時刻，都存在著體系中硫元素的質量百分含量不再變化。因此不能由此判斷反應是否達到平衡狀態。錯誤。D． 若轉移4 mol 電子必然消耗2 mol SO_3，但產生SO₃的物質的量不能確定，所以不能判斷反應是否達到平衡狀態。錯誤。E． 由于該反應是個反應前后氣體體積不等的可逆反應。若未達到平衡，則氣體的分子數必然發生改變。現在容器內的氣體分子總數不再變化。說明任何物質的消耗個數與生成個數相等。反應達到平衡狀態。正確。因此正確選項為B、E。（2）①化學平衡常數是可逆反應達到平衡狀態時各生成物的濃度冪指數的乘積與各反應物濃度濃度冪指數的乘積的比。該反應的平衡常數表達式為根據圖1可以看出：反應物的能量高，生成物的能量低，該反應的正反應為放熱反應。所以，升高溫度，化學平衡向吸熱反應方向移動（即向逆反應方向移動）。升高溫度，平衡常數減小。②由圖2信息可知：在10min內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，各種物質的濃度都增大為原來的2倍。反應體系的壓強也增大。根據平衡移動原理，增大壓強，化學平衡向氣體體積減小的方向移動。因為該反應的正反應是氣體體積減小的反應，所以壓縮容器的容積，化學平衡正向移動。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,物質的量繼續減少直至達到新的平衡狀態。n(N₂)的變化曲線為d．。③在其它條件不變的情況下，增大某種反應物的濃度能使其它反應物的轉化率提高，而它本身的轉化率反而降低。由于在c點時氫氣的物質的量最大，所以此時氮氣的轉化率最高。升高溫度，化學平衡向吸熱反應方向移動。該反應的正反應為放熱反應。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）若將等物質的量的SO₂與NH₃溶于水充分反應，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)。