Question

运用化学反应原理研究氮、硫、氯等单质及其化合物的反应有重要意义．
（1）氮是地球上含量丰富的一种元素，氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用，如图是一定的温度和压强下N₂和H₂反应生成lmolNH₃过程中能量变化示意图，请写出工业合成氨的热化学方程式：

 

（△H的数值用含字母Q₁、Q₂的代数式表示）．

（2）硫酸生产中，SO₂催化氧化生成SO₃：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），混合体系中SO₃的体积分数和温度的关系如图1所示（曲线上任何一点都表示平衡状态），根据图示回答下列问题，

①2SO₃?2SO₂+O₂的△H

 

0．
②若温度为T₁、T₂，反应的平衡常数分别为K₁，K₂，则K₁

 

K₂；
③反应进行到状态D时，v_正

 

v_逆（填＜、＞或=）．
（3）Cl₂合成有机物时会产生副产物HC1.4HCl（g）+O₂（g）?2Cl₂（g）+2H₂O（g）可实现氯的循环利用．
①该反应平衡常数的表达式K=

 

；若反应容器的容积为2L，4min后达到平衡，测得容器内物质由2.5mol减少至2.25mol，则HCl的平均反应速率为

 

mol/L?min．
②若该反应在体积不变的密闭容器中发生，当反应达平衡时，下列叙述正确的是

 

．
a．4v_正（HCl）=v_逆（O₂）
b．又加入1mol O₂，达新平衡时，HCl的转化率增大
c．分离出H₂O，达新平衡时，v_正（HCl）增大
③图2是该反应两种投料比[n （HCl）：n （O₂）分别为4：1和2：1下，反应温度对HCl平衡转化率影响的曲线．下列叙述正确的是

 

．
a．其他条件不变，升高温度，平衡常数K值增大
b．若平衡常数K值变大，达新平衡前v_逆始终减小
c．若平衡常数K值变大，则平衡向正反应方向移动
④投料比为4：1、温度为400℃时，平衡混合物中
Cl₂的物质的量分数是

 

%．（计算结果保留一位小数）

Answer 1

考点：产物的百分含量随浓度、时间的变化曲线,热化学方程式,化学平衡的影响因素,转化率随温度、压强的变化曲线

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题

分析：（1）由图求出N₂和H₂反应生成1molNH₃的反应热，再根据热化学反应方程式的书写要求解答；
（2）①由图可知，温度越高，混合体系中SO₃的百分含量越小，说明升高温度平衡向逆反应进行，据此判断；
②根据温度和化学平衡常数之间的关系来判断；
③D状态未达平衡，混合体系中SO₃的百分含量小于平衡时的，反应向正反应进行建立平衡；
（3）①化学平衡常数，是指在一定温度下，可逆反应达到平衡时各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值，据此书写；根据物质的量差量计算参加反应的HCl的物质的量，再根据v=

△n V

△t

计算v（HCl）；
②a．平衡时不同物质表示的速率之比等于化学计量数之比；
b．增大一种反应物的浓度，平衡向正反应移动，其它反应物的转化率增大；
c．分离出H₂O，生成的浓度降低，达新平衡时，v_正（HCl）降低；
③由图可知，投料比一定时，温度越高HCl的转化率越低，故该反应正反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，平衡常数k降低；平衡常数增大应降低温度，平衡向正反应方向移动，改变体积瞬间反应速率降低，此后正反应速率降低、逆反应速率增大；
④增大一种反应物的浓度，平衡向正反应移动，其它反应物的转化率增大，故投料比n （HCl）：n （O₂）=2：1到达平衡时HCl的转化率更高，由图象可知，a曲线表示的HCl的转化率更高，故a表示投料比为2：1，b表示投料比为4：1．由图可知，投料比为4：1、温度为40℃时，HCl的转化率为75%，令n （HCl）=4mol、n （O₂）=1mol，计算参加反应的HCl，利用三段式计算平衡时各组分的物质的量，据此计算．

解答： 解：（1）由图可知，N₂和H₂反应生成1molNH₃放出的热量为（b-a）kJ，该反应的热化学反应方程式为N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-2（Q₂-Q₁）kJ?mol^-1，
故答案为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-2（Q₂-Q₁）kJ?mol^-1；
（2）①由图可知，温度越高，混合体系中SO₃的百分含量越小，说明升高温度平衡向逆反应方向进行，该反应是放热的，即△H＜0，故答案为：＜；
②由图可知，温度越高，混合体系中SO₃的百分含量越小，说明升高温度平衡向逆反应方向进行，K值减小，故平衡常数K₁＞K₂，
故答案为：＞；
③D状态未达平衡，混合体系中SO₃的百分含量小于平衡时的，反应向正反应进行建立平衡，所以V_正＞V_逆，
故答案为：＞；
（3）①4HCl+O₂?2Cl₂+2H₂O的平衡常数k=的表达式K=

c2(Cl2)?c2(H2O)

c4(HCl)?c(O2)

；8min后达到平衡，测得容器内物质由2.5mol减少至2.25mol，则：
4HCl+O₂?2Cl₂+2H₂O  物质的量减少△n
4                      1
n（HCl）           2.5mol-2.25mol=0.25mol
故n（HCl）=0.25mol×4=1mol，
故v（HCl）=

1mol 2L

4min

=0.125mol/（L?min），
故答案为：

c2(Cl2)?c2(H2O)

c4(HCl)?c(O2)

；0.0625；
②a．4v_正（HCl）=v_逆（O₂）即v_正（HCl）：v_逆（O₂）=1：4，不等于化学计量数之比4：1，反应未到达平衡，向逆反应进行，故a错误；
b．加入1mol O₂，氧气的浓度，平衡向正反应移动，HCl的转化率增大，故b正确；
c．分离出H₂O，生成的浓度降低，达新平衡时，v_正（HCl）降低，故c错误；
故答案为：b；
③a．升高温度平衡向逆反应方向移动，平衡常数k降低，故a错误；
b．平衡常数增大应降低温度，平衡向正反应方向移动，改变体积瞬间反应速率降低，此后正反应速率降低、逆反应速率增大，故b错误；
c．平衡常数增大应降低温度，该反应正反应是放热反应，平衡向正反应方向移动，故c正确；
故答案为：c；
④增大一种反应物的浓度，平衡向正反应移动，其它反应物的转化率增大，故投料比n （HCl）：n （O₂）=2：1到达平衡时HCl的转化率更高，由图象可知，a曲线表示的HCl的转化率更高，故a表示投料比为2：1，b表示投料比为4：1．由图可知，投料比为4：1、温度为40℃时，HCl的转化率为75%，令n （HCl）=4mol、n （O₂）=1mol，则参加反应的HCl为4mol×75%=3mol，则：
           4HCl+O₂?2Cl₂+2H₂O 
开始（mol）：4    1    0    0
变化（mol）：3  0.75  1.5   1.5
平衡（mol）：1  0.25  1.5   1.5
故平衡混合物中Cl₂的物质的量分数是

1.5mol

1mol+0.25mol+1.5mol+1.5mol

×100%=35.3%，
故答案为：35.3%．

点评：本题考查化学平衡、本题考查化学平衡常数、化学反应速率、化学平衡状态与有关计算、化学平衡图象、热化学方程式及读图能力等，根据图象判断曲线表示的投料比与反应热效应是解题关键．难度中等，（2）中用字母表示反应热数值，符号的确定容易忽略，为易错点．