Question

16．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的百分含量和温度的关系如图1所示（曲线上任何一点都表示平衡状态）．
根据图1示回答下列问题：
①2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）的△H＜　　（填“＞”或“＜”）；
若在恒温、恒压条件下向上述平衡体系中通入氦气，平衡向左移动（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；
反应进行到状态D时，V_正＞v_逆（填“＞”、“＜”或“=）
（2）1000℃时，硫酸钠与氢气发生下列反应：Na₂SO₄（s）+4H₂（g）?Na₂S（s）+4H₂O（g）．
①该反应的平衡常数表达式为$\frac{{c}^{4}（{H}_{2}O）}{{c}^{4}（{H}_{2}）}$．
已知K_1000℃＜K_1200℃，则该反应是吸热反应（填“吸热”或“放热”）．
②用有关离子方程式说明上述反应所得固体产物的水溶液的酸碱性S^2-+H₂O?HS^-+OH^-，所以水溶液呈碱性
（3）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如图2是一定的温度和压强下是N₂和H₂反应生成1molNH₃过程中能量变化示意图，请写出工业合成氨的热化学反应方程式N₂ （g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=2（Q₁-Q₂） kJ•mol^-1
（△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°C下，将a mol•L^-1的氨水与b mol•L^-1的盐酸等体积混合，反应后溶液中显中性，则：c（NH₄⁺）= c（Cl^-）（填“＞”、“＜”或“=”）；
用含a和b的代数式表示该混合溶液中一水合出氨的电离平衡常数表达式$\frac{b×1{0}^{-7}}{a-b}$．

Answer 1

分析 （1）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，升高温度向吸热反应方向移动；
恒温、恒压条件下向上述平衡体系中通入氦气，体积应增大，反应混合物各组分的浓度降低，等效为降低压强，压强降低平衡向体积增大方向移动；
②D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；
（2）①依据平衡常数概念写出表达式，温度升高平衡常数增大，说明反应是吸热反应；
②硫化钠溶于水，硫离子水解显碱性，写出S^2-水解方程式；
（3）①由图2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解答；
②将a mol•L^-1的氨水与b mol•L^-1的盐酸等体积混合，反应后溶液显中性，根据电荷守恒，溶液中c（OH^-）=1×10^-7mol/L，根据K=$\frac{c（N{H}_{4}^{+}）×c（O{H}^{-}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$计算．

解答 解：（1））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，即向左移动，升高温度向吸热反应方向移动，即该反应正反应为放热反应；恒温、恒压条件下向上述平衡体系中通入氦气，体积应增大，反应混合物各组分的浓度降低，等效为降低压强，压强降低平衡向体积增大方向移动，即向左移动．
故答案为：＜；向左；
②温度升高，平衡向吸热方向移动，即向逆反应移动，K值减小，K₁＞K₂，D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，所以V_正＞V_逆，
故答案为：＞；＞；
（2）①Na₂SO₄（s）+4H₂（g）?Na₂S（s）+4H₂O（g），依据反应写出平衡常数K=$\frac{{c}^{4}（{H}_{2}O）}{{c}^{4}（{H}_{2}）}$，已知K_1000℃＜K_1200℃，温度升高平衡常数增大，则该反应是吸热反应，
故答案为：$\frac{{c}^{4}（{H}_{2}O）}{{c}^{4}（{H}_{2}）}$；吸热；
②硫化钠溶于水溶液呈碱性，是因为硫离子水解的原因，反应的离子方程式为：S^2-+H₂O?HS^-+OH^-，故答为：S^2-+H₂O?HS^-+OH^-，所以水溶液呈碱性；
（3）①由图可知，N₂和H₂反应生成1molNH₃放出的热量为（Q₁-Q₂）kJ，该反应的热化学反应方程式为N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-2（Q₁-Q₂）kJ•mol^-1，
故答案为：N₂ （g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=2（Q₁-Q₂） kJ•mol^-1；
②溶液呈中性，c（H⁺）=c（OH^-），电荷守恒得：c（NH₄⁺）+c（H⁺）=c（Cl^-）+c（OH^-），所以c（NH₄⁺）=c（Cl^-），将a mol•L^-1的氨水与b mol•L^-1的盐酸等体积混合，反应后溶液显中性，溶液中c（OH^-）=1×10^-7mol/L，
溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-）=$\frac{b}{2}$mol/L，混合后反应前c（NH₃•H₂O）=$\frac{a}{2}$mol/L，则反应后c（NH₃•H₂O）=（$\frac{a}{2}$-$\frac{b}{2}$）mol/L，
则K=$\frac{c（N{H}_{4}^{+}）×c（O{H}^{-}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$=$\frac{\frac{b}{2}×1{0}^{-7}}{\frac{a}{2}-\frac{b}{2}}$=$\frac{b×1{0}^{-7}}{a-b}$，
故答案为：=；$\frac{b×1{0}^{-7}}{a-b}$．

点评 本题综合性较大，涉及平衡移动、电解质溶液有关计算、盐类水解和热化学方程式等，难度中等，是对学生综合能力的考查，有一定的难度．