Question

2．（1）接触法制硫酸工艺中，其主反应在450℃并有催化剂存在下进行：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-190kJ/mol
①下列描述中能说明上述反应已达平衡的是bd．
a．υ（O₂）_正=2v（SO₃）_逆
b．容器中气体的平均相对分子质量不随时间而变化
c．容器中气体的密度不随时间而变化
d．容器中气体的分子总数不随时间而变化
②在一个固定容积为5L的密闭容器中充入0.20molSO₂和0.10molO₂半分钟后达到平衡，测得容器中含SO₃0.18mol，则υ（O₂）=0.036mol•L^-1•min^-1；若继续通入0.4molSO₂和0.2molO₂则平衡向正反应方向移动（填“向正反应方向”、“向逆反应方向”或“不”），再次达到平衡后，0.54mol＜n（SO₃）＜0.6mol．
（2）工业生产尿素的原理是以NH₃和CO₂为原料合成尿素[CO（NH₂）]，反应的化学方程式为2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）（1）+H₂O（l），该反应的平衡常数和温度关系如下：

T/°C	165	175	185	195
K	111.9	74.1	50.6	34.8

①△H＜ 0 （填“＞”、“＜”或“=”）
②在一定温度和压强下，若原料气中的NH₃和CO₂的物质的量之比（氨碳比）$\frac{{n（N{H_3}）}}{{n（C{O_2}）}}=x$，下图是氨碳比（x）与CO₂平衡转化率（a）的关系．a随着x增大而增大的原因是NH₃的量增大，平衡正向移动，则增大CO₂的转化率．
（3）图中的B点处，NH₃的平衡转化率为32%．

Answer 1

分析 （1）①根据化学平衡状态的标志：正反应速率等于逆反应速率，平衡混合物中各组成成分的含量不变来判断；
②化学反应速率的定义求出氧气的速率；根据影响化学平衡的因素来判断平衡移动方向，利用极限法求出再次达平衡后n（SO₃）的范围；
（2）①依据平衡常数随温度变化分析判断反应吸热、放热；
②增大反应物浓度，平衡正向进行；
（3）依据x含义和图象数据分析结合化学方程式换算氨气转化率．

解答 解：（1）①化学平衡状态的标志：正反应速率等于逆反应速率，平衡混合物中各组成成分的含量不变来判断，
a、v_正（O₂）=$\frac{1}{2}$v_正（SO₃），正逆反应速率不等，所以未平衡，故错误；
b、容器中气体的平均分子量不随时间而变化，说明平衡混合物中各组成成分含量不变，反应达到平衡状态，故正确；
c、气体的密度=$\frac{质量}{体积}$，根据质量守恒定律，反应过程中气体的总质量不变，容器体积不变，气体的密度不会发生变化，故容器中气体的密度不随时间而变化，不能判断反应是否达到平衡，故错误；
d、该反应为气体的分子总数减少的反应，当容器中气体的分子总数不随时间而变化时，平衡混合物中各组成成分含量不变，反应达到平衡状态，故正确；
故选bd；
②当生成0.18molSO₃时，参加反应的氧气的物质的量为x，
2SO₂+O₂$?_{△}^{五氧化二钒}$2SO₃
          1                  2
           x           0.18mol
  则   $\frac{1}{x}$=$\frac{2}{0.18}$    
解之得：x=0.09mol
v（O₂）=$\frac{0.09mol}{5L×0.5min}$=0.036mol．L^-1•min^-1；
继续通入0.40mol SO₂和0.20mol O₂，容器内压强增大，平衡向气体体积减小的方向移动，即向正反应方向移动；
用极限法求出n（SO₃）的范围，
假设平衡不移动，此时n（SO₃）=0.18×3=0.54mol，
假设0.60molSO₂完全生成SO₃，根据化学方程式2SO₂+O₂$?_{△}^{五氧化二钒}$2SO₃，可知n（SO₃）=0.6mol，
所以再次达到平衡时，0.54mol＜n（SO₃）＜0.60mol．                                   
故答案为：0.036； 向正反应方向；0.54； 0.6；
（2）①平衡常数随温度升高减小，说明正反应为放热反应，△H＜0，故答案为：＜；
②2NH₃ （g）+CO₂ （g）?CO（NH₂）₂ （l）+H₂O （l），图象分析判断，增大氨气浓度平衡正向进行，二氧化碳转化率增大；故答案为：NH₃的量增大，平衡正向移动，则增大CO₂的转化率；
（3）B点处x=4，原料气中的NH₃和CO₂的物质的量之比为4，二氧化碳转化率为64%，假设氨气为4mol，二氧化碳为1mol，则反应的二氧化碳为0.64mol，
依据化学方程式2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（l）反应的氨气为1.28mol，
NH₃的平衡转化率=$\frac{1.28mol}{4mol}$×100%=32%，
故答案为：32%．

点评 本题考查较为综合，涉及化学反应与能量、化学平衡的计算等问题，为高频考点，侧重于学生的分析和计算能力的考查，难度不大，注意相关基础知识的积累．