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运用化学反应原理研究氮、硫等单质及其化合物的反应有重要意义

(1)硫酸生产过程中2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),平衡混合体系中SO3的百分含量和温度的关系如图所示,根据图回答下列问题:

①2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)的△H__________0(填“>”或“<”)。

②一定条件下,将SO2与O2以体积比2:1置于一体积不变的密闭容器中发生以上反应,能说明该反应已达到平衡的是        

a.体系的密度不发生变化

b.SO2与SO3的体积比保持不变

c.体系中硫元素的质量百分含量不再变化

d.单位时间内转移4 mol 电子,同时消耗2 mol SO3

e.容器内的气体分子总数不再变化

(2)一定的条件下,合成氨反应为:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。图1表示在此反应过程中的能量的变化,图2表示在2L的密闭容器中反应时N2的物质的量随时间的变化曲线。图3表示在其他条件不变的情况下,改变起始物氢气的物质的量对此反应平衡的影响。

图1                     图2                  图3

①该反应的平衡常数表达式为               ,升高温度,平衡常数          (填“增大”或“减小”或“不变”)。

②由图2信息,计算0~10min内该反应的平均速率v(H2)=                    ,从11min起其它条件不变,压缩容器的体积为1L,则n(N2)的变化曲线为      

③图3 a、b、c三点所处的平衡状态中,反应物N2的转化率最高的是       点,温度T1    T2(填“>”或“=”或“<”)

(3)若将等物质的量的SO2与NH3溶于水充分反应,所得溶液呈        性,所得溶液中c(H+)- c(OH)=                                              (已知:H2SO3:Ka1=1.7×102,Ka2=6.0×108,NH3·H2O:Kb=1.8×105

 

【答案】

(1)①<(2分) ② be(2分)(2)①k=(1分) 减小(1分)

②0.045mol/(L·min)   (2分)     d(2分)  ③c(1分)     <(2分)

(3)酸性(1分)  c(HSO3) + 2c(SO32)—c(NH4+)或c(SO32) + c(NH3·H2O)—c(H2SO3)(2分)

【解析】

试题分析:(1)①由图可知,温度越高SO3的含量越低,这说明升高温度平衡向逆反应移动,所以正反应是放热反应,即△H<0。

②在一定条件下,当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时(但不为0),反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态,称为化学平衡状态,据此可以判断。a.密度是混合气的质量和容器容积的比值,在反应过程中质量和容积始终是不变的,因此容器中气体的密度始终是不变的,所以体系的密度不发生变化不能说明反应达到平衡状态,a不正确;b.SO2与SO3的体积比保持不变,说明正反应速率不再发生变化,反应达到平衡状态,b正确;c.由于SO2与O2以体积比2:1置于一体积不变的密闭容器中发生以上反应,因此体系中硫元素的质量百分含量始终是不变的,所以体系中硫元素的质量百分含量不再变化不能说明反应达到平衡状态,c不正确;d.S元素的化合价从+4价升高到+6价,失去2个电子,所以单位时间内转移4 mol 电子,同时一定消耗2mol SO3,因此不能说明反应达到平衡状态,d不正确;e.该反应是气体分子数减小的可逆反应,所以当容器内的气体分子总数不再变化时可以说明反应达到平衡状态,e正确,答案选be。

(2)①化学平衡常数是在一定条件下,当可逆反应达到平衡状态时,生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值,所以根据方程式N2(g)+3H2(g)2NH3(g)可知,该反应的平衡常数表达式K=。根据图1可知,反应物的总能量高于生成物的总能量,因此正方应是一个放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,所以生成物的浓度减小,反应物的浓度增大,因此平衡常数减小。

②根据图2可知,0~10min内氮气的物质的量减少了0.6mol-0.3mol=0.3mol,则根据方程式可知氢气的物质的量减少了0.3mol×3=0.9mol,其浓度=0.9mol÷2L=0.45mol/L,所以0~10min内该反应的平均速率v(H2)=0.45mol/L÷10min=0.045mol/(L·min)。从11min起其它条件不变,压缩容器的体积为1L,则压强增大平衡向正反应方向移动,氮气的物质的量减少,因此n(N2)的变化曲线为d。

③图3表示平衡时氨气含量与氢气起始物质的量关系,曲线上各点都处于平衡状态,故a、b、c都处于平衡状态。达平衡后,增大氢气用量,氮气的转化率增大,故a、b、c三点中,c的氮气的转化率最高。由图3可知,氢气的起始物质的量相同时,温度T1平衡后,氨气的含量更高,该反应为放热反应,降低温度平衡向正反应移动,增大氨气的含量,故温度T1<T2

(3)将等物质的量的SO2与NH3溶于水充分反应,二者恰好反应生成NH4HSO3。根据H2SO3:Ka1=1.7×102,Ka2=6.0×108,NH3·H2O:Kb=1.8×105可知,电离程度是H2SO3>NH3·H2O>HSO3,这说明在NH4HSO3溶液中HSO3的电离程度大于NH4的水解程度,因此该溶液显酸性。根据电荷守恒可知c(H+)+c(NH4+)=c(OH)+c(HSO3) + 2c(SO32),所以c(H+)- c(OH)=c(HSO3) + 2c(SO32)—c(NH4+)。根据物料失衡可知c(HSO3) +c(SO32)+ c(H2SO3)=c(NH3·H2O)+c(NH4+),所以c(H+)- c(OH)=c(SO32) + c(NH3·H2O)—c(H2SO3)。

考点:考查反应热和平衡状态的判断、外界条件对平衡状态的影响、平衡常数和反应速率的计算以及溶质离子浓度大小比较

 

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科目:高中化学 来源: 题型:阅读理解

运用化学反应原理研究氢、氧、氯、碘等单质及其化合物的反应有重要意义

(1)已知:25℃时KSP(AgCl)=1.6×l0-10     KSP(AgI)=1.5×l0-16
海水中含有大量的元素,常量元素如氯,微量元素如碘,其在海水中均以化合态存在.在25℃下,向0.1L0.002mol?L-l的NaCl溶液中加入0.1L0.002mol?L-l硝酸银溶液,有白色沉淀生成,产生沉淀的原因是(通过计算回答)
c(Ag+)?c(Cl-)>Ksp(AgCl)
c(Ag+)?c(Cl-)>Ksp(AgCl)
,向反应后的浑浊液中继续加入0.1L0.002mol?L-1的NaI溶液,看到的现象是
白色沉淀转化为黄色沉淀
白色沉淀转化为黄色沉淀
,产生该现象的原因是(用离子方程式表示)
AgCl(s)+I-(aq)=AgI(s)+Cl-(aq)
AgCl(s)+I-(aq)=AgI(s)+Cl-(aq)

(2)过氧化氢的制备方法很多,下列方法中原子利用率最高的是
D
D
(填序号).
电解
A.BaO2+H2SO4=BaSO4↓+H2O2
B.2NH4HSO4
 点解 
.
 
(NH42S2O8+H2↑;
(NH42S2O8+2H2O=2NH4HSO4+H2O2
C.CH3CHOHCH3+O2→CH3COCH3+H2O2
D.乙基蒽醌法见图1
(3)某文献报导了不同金属离子及其浓度对双氧水氧化降解海藻酸钠溶液反应速率的影响,实验结果如图2、图3所示.注:以上实验均在温度为20℃、w(H2O2)=0.25%、pH=7.12、海藻酸钠溶液浓度为8mg?L-1的条件下进行.图2中曲线a:H2O2;b:H2O2+Cu2+;c:H2O2+Fe2+;d:H2O2+Zn2+;e:H2O2+Mn2+;图3中曲线f:反应时间为1h;g:反应时间为2h;两图中的纵坐标代表海藻酸钠溶液的粘度(海藻酸钠浓度与溶液粘度正相关).
由上述信息可知,下列叙述错误的是
B
B
(填序号).
A.锰离子能使该降解反应速率减缓
B.亚铁离子对该降解反应的催化效率比铜离子低
C.海藻酸钠溶液粘度的变化快慢可反映出其降解反应速率的快慢
D.一定条件下,铜离子浓度一定时,反应时间越长,海藻酸钠溶液浓度越小.

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科目:高中化学 来源: 题型:

运用化学反应原理研究氮、氧等单质及其化合物的反应有重要意义.
(1)合成氨反应N2(g)+3H2(g)?2NH3(g),若在恒温、恒压条件下向平衡体系中通入氩气,平衡
向左
向左
移动(填“向左”、“向右”或“不”);使用催化剂
不改变
不改变
反应的△H(填“增大”“减小”或“不改变”).
(2)已知:O2(g)═O
 
+
2
(g)+e-△H1=1175.7kJ?mol-1
PtF6(g)+e-═PtF
 
-
6
(g)△H2=-771.1kJ?mol-1
O2PtF6(s)═O
 
+
2
(g)+PtF
 
-
6
(g)△H3=482.2kJ?mol-1
则反应:O2(g)+PtF6(g)═O2PtF6(s)的△H=
-78.2
-78.2
kJ?mol-1
(3)已知25℃时,Ksp[Mg(OH)2]=1.8×10-11,Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10-20
在25℃下,向浓度均为0.1mol?L-1的MgCl2和CuCl2混合溶液中逐滴加入氨水,先生成
Cu(OH)2
Cu(OH)2
沉淀 (填物质的化学式),生成该沉淀的离子方程式为
Cu2++2NH3?H2O?Cu(OH)2↓+2NH4+
Cu2++2NH3?H2O?Cu(OH)2↓+2NH4+

(4)在25℃下,将a mol?L-1的氨水与0.01mol?L-1的盐酸等体积混合,反应平衡时溶液中c(NH
 
+
4
)=c(Cl-),则溶液显
中性
中性
性(填“酸”“碱”或“中”);用含a的代数式表示NH3?H2O的电离常数Kb=
10-9
a-0.01
10-9
a-0.01

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运用化学反应原理研究氮、氯、碘等单质及其化合物的反应有重要意义.
(1)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):
N2(g)+3H2(g)═2NH3(g)△H=2(Q1-Q2)kJ?mol-1
N2(g)+3H2(g)═2NH3(g)△H=2(Q1-Q2)kJ?mol-1

(2)最近一些科学家研究采用高质子导电性的SCY陶瓷(能传递H+)实现氮的固定--氨的电解法合成,大大提高了氮气和氢气的转化率.总反应式为:N2+3H2
         通电         
.
(一定条件)
2NH3.则在电解法合成氨的过程中,应将H2不断地通入
极(填“正”、“负”、“阴”或“阳”);在另一电极通入N2,该电极反应式为
N2+6H++6e-=2NH3
N2+6H++6e-=2NH3

(3)氨气溶于水得到氨水.在25℃下,将a mol?L-1的氨水与b mol?L-1的盐酸等体积混合(混合后体积为混合前体积之和),反应后溶液显中性.求25℃下该混合溶液中氨水的电离平衡常数
b×10-7
a-b
b×10-7
a-b

(4)已知:25℃时KSP(AgCl)=1.6×l0-10   KSP(AgI)=1.5×l0-16
海水中含有大量的元素,常量元素如氯,微量元素如碘,其在海水中均以化合态存在.在25℃下,向0.1L0.002mol?L-l的NaCl溶液中逐滴加入适量的0.1L0.002mol?L-l硝酸银溶液,有白色沉淀生成,从难溶电解质的溶解平衡角度解释产生沉淀的原因是
c(Ag+)?c(Cl-)>Ksp(AgCl)
c(Ag+)?c(Cl-)>Ksp(AgCl)
,向反应后的浑浊液中继续加入0.1L0.002mol?L-1的NaI溶液,看到的现象是
白色沉淀转化为黄色沉淀
白色沉淀转化为黄色沉淀
,产生该现象的原因是(用离子方程式表示)
AgCl(s)+I-(aq)═AgI(s)+Cl-(aq)
AgCl(s)+I-(aq)═AgI(s)+Cl-(aq)

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运用化学反应原理研究氮、硫、氯、碘等单质及其化合物的反应有重要意义.
(1)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的质量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:

①2SO2(g)+O2(g)?2SO3(g)的△H
0(选填“>”或“<”);若在恒温、恒压条件下向上述平衡体系中通入氦气,平衡
向左
向左
移动(选填“向左”、“向右”或“不”);
②若温度为T1、T2,反应的平衡常数分别为K1、K2,则K1
K2;若反应进行到状态D时,v
v(选填“>”、“<”或“=”).
(2)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.
①图2是一定的温度和压强下N2和H2反应生成1mol NH3过程中能量变化示意图,请写出合成氨的热化学反应方程式:
N2(g)+3H2(g)?2NH3(g);
N2(g)+3H2(g)?2NH3(g);
△H=2(a-b)kJ?mol-1
△H=2(a-b)kJ?mol-1
.(△H的数值用含字母a、b的代数式表示,不必注明反应条件)
②氨气溶于水得到氨水.在25℃下,将xmol?L-1的氨水与ymol?L-1的盐酸等体积混合,所得溶液呈中性.则x
y,所得溶液中c(NH4+
=
=
C(Cl-)(选填“>”、“<”或“=”);用含x和y的代数式表示出一水合氨的电离平衡常数
10-7y
x-y
mol/L
10-7y
x-y
mol/L

(3)海水中含有大量的元素,常量元素如氯、微量元素如碘在海水中均以化合态存在.在25℃下,向0.1mol?L-1的NaCl溶液中逐滴加入适量的0.1mol?L-1硝酸银溶液,有白色沉淀生成,向反应后的浊液中,继续加入0.1mol?L-1的NaI溶液,看到的现象是
白色沉淀转化为黄色沉淀
白色沉淀转化为黄色沉淀
,产生该现象的原因是(用离子方程式表示)
AgCl(s)+I-(aq)=AgI(s)+Cl-(aq)
AgCl(s)+I-(aq)=AgI(s)+Cl-(aq)
.(已知25℃时Ksp[AgCl]=1.0×10-10 mol2?L-2,Ksp[AgI]=1.5×10-16mol2?L-2

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运用化学反应原理研究氮、硫等单质及其化合物的反应有重要意义
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(1)硫酸生产过程中2SO2(g)+O2(g)?2SO3(g),平衡混合体系中SO3的百分含量和温度的关系如图1示,根据图回答下列问题:
①2SO2(g)+O2(g)?2SO3(g)的△H
 
0(填“>”或“<”),若在恒温、恒压条件下向上述平衡体系中通入氩气,该反应的正反应速率将
 
(填“增大”“减小”或“不变”);
②若A、C两点反应的平衡常数分别为K1,K2,则K1
 
K2(填“>”、“<”或“=”).
(2)图2是一定的温度和压强下工业上合成1molNH3过程中能量变化示意图.
①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氨气溶于水得到氨水,在25℃下,将a mol?L-1的盐酸与b mol?L-1的氨水等体积混合,反应后溶液显中性,则c(Cl-
 
c (NH4+)(填“>”、“<”或“=”);用含a和b的代数式表示出该混合溶液中氨水的电离平衡常数
 

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