Question

在一个固定的反应器中，有一可以自由滑动的密封隔板，两侧分别进行如图所示的化学反应（均加有适量的新型固体催化剂，体积忽略）．

2SO2（g）+O2（g）?2SO3（g）

N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）

（1）若起始时左侧投入2mol SO₂、1mol O₂，右侧投入1mol N₂、4molH₂，达到平衡后，隔板是否可能处于正中间？

 

（填“可能”或“不可能”），原因是

 

．
（2）若起始时左侧投入2mol SO₂、1mol O₂，右侧投入1mol N₂、2molH₂，达到平衡后，隔板处于正中间，则SO₂转化率与N₂转化率之比为

 

．
（3）若起始时左侧投入2mol SO₂、1mol O₂，右侧投入1mol N₂、a molH₂、0.1mol NH₃且起始时右侧体积小于左侧体积，达到平衡后，调节反应温度至某一温度（两侧温度相同），使达到平衡后，隔板处于正中间，此时SO₂转化率与N₂转化率之比为5：1，求a的取值范围

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,化学平衡建立的过程

专题：化学平衡专题

分析：（1）若隔板处于中央，则左、右两室中混合气体的总物质的量相等，利用极限法分析右室中混合气体物质的量的极小值，与左室中混合气体总物质的量相比较，据此进行判断；
（2）达到平衡后，隔板仍处于中央，则左、右两室中混合气体的总物质的量相等，即左、右两室混合气体物质的量减少量相等，假定减少量为ymol，利用差量法计算参加反应的SO₂、N₂，进而计算二者转化率之比；
（3）起始时右侧体积小于左侧体积，则右室混合气体总物质的量小于左室中混合气体总物质的量，左右两侧反应都达到平衡，且平衡时隔板处于中央，则左、右两室中混合气体的总物质的量相等，令氮气的转化率为b，则二氧化硫转化率为5b，利用差量法表示平衡时两室中混合气体减少量，再根据两室中气体物质的量相等列方程，由于是可逆反应，故5b×2＜2、b×3＜a，联立解答．

解答： 解：（1）隔板处于中央，则左、右两室中混合气体的总物质的量相等，若右室中氮气完全转化时，右室中混合气体物质的量达极小值，
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g） 物质的量减小
1                        1+3-2=2
1mol                      2mol
故若右室中氮气完全转化，混合气体物质的量=1+4mol-2mol=3mol，左室中没有反应时，混合气体总物质的量为3mol，故平衡时，右室中气体总物质的量大于左室，隔板不可能处于中央，
故答案为：不可能；因为左侧反应达到平衡时气体体积2＜V＜3，右侧反应达到平衡时气体体积3＜V＜5，两边体积没有相等的可能，隔板不会处于正中间；
（2）达到平衡后，隔板仍处于中央，则左、右两室中混合气体的总物质的量相等，即左、右两室混合气体物质的量减少量相等，假定减少量为ymol，则：
左室：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₂（g） 物质的量减小
     2                          1
     2ymol                      ymol
右室：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g） 物质的量减小
     1                          2
    0.5y mol                   ymol
故SO₂与N₂转化率之比=

2Ymol

2mol

：

0.5Ymol

1mol

=2：1，
故答案为：2：1；
（3）起始时右侧体积小于左侧体积，则右室混合气体总物质的量小于左室中混合气体总物质的量，则：2mol+1mol＞1mol+amol+0.1mol，解得a＜1.9，
左右两侧反应都达到平衡，且平衡时隔板处于中央，则左、右两室中混合气体的总物质的量相等，令氮气的转化率为b，则二氧化硫转化率为5b，则：
左室：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₂（g） 物质的量减小
     2                          1
     2mol×5b                   5bmol
右室：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g） 物质的量减小
     1       3                   2
    bmol     3b                  2bmol
所以，2mol+1mol-5bmol=1mol+amol+0.1mol-2bmol，故1.9-3b=a，由于是可逆反应，故5b×2＜2、b×3＜a，联立得a＞1.3，
综上所述，可得1.3＜a＜1.9，
故答案为：1.3＜a＜1.9．

点评：本题考查化学平衡计算，侧重考查学生分析解决问题能力，充分利用左右两室气体的物质的量关系，注意极限法与可逆反应特点运用，难度中等．