Question

【題目】氮、硫的化合物合成、應用以及對環(huán)境的影響一直是科學界研究的熱點。

(1)尿素主要以NH3和CO2為原料進行合成。主要通過以下兩個反應進行:

反應1：2NH3(l)+CO2(g)H2NCOONH4(l)　ΔH1= -117.2 kJ·mol-1

反應2：H2NCOONH4(l)H2O(l)+CO(NH2)2(l)　ΔH2=+21.7 kJ·mol-1

請回答：

CO(NH2)2 (l)+H2O(l)2NH3(l)+CO2(g) 　ΔH3=____ kJ·mol-1;該反應能發(fā)生的主要原因是_________

(2)焦炭催化還原SO2生成S2，化學方程式為：2C(s)+2SO2(g)S2(g)+2CO2(g)，在恒容容器中，1 mol/LSO2與足量的焦炭反應，SO2的轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化如圖所示。

①若700℃發(fā)生該反應，經(jīng)3分鐘達到平衡，計算0—3分鐘v(S2)=_______molL-1min-1，該溫度下的平衡常數(shù)為_________

②若該反應在起始溫度為700℃的恒容絕熱容器中進行，達到平衡時SO2的轉(zhuǎn)化率_________90%(填“＞”、“＜”或“=”)

③下列說法一定能說明該反應達到平衡狀態(tài)的是____

A.焦炭的質(zhì)量不再變化時

B.CO2、SO2的濃度相等時

C.SO2的消耗速率與CO2的生成速率之比為1:1

D.容器的總壓強不再變化時

(3)已知25℃時：H2SO3的電離常數(shù)Ka1=1.3×10-2，Ka2=6.2×10-8

①工業(yè)上可用Na2SO3溶液吸收法處理SO2，25℃時用1mo/L的Na2SO3溶液吸收SO2，當溶液pH=7時，溶液中各離子濃度的大小關系為___________________

②工業(yè)上也可用氨水來吸收SO2，寫出氨水吸收過量SO2的化學反應方程式______________

Answer 1

【答案】+95.5 熵增或△S>0 0.15 36.45 ＜ AD c(Na+)＞c(HSO3-)＞c(SO32-)＞c(H+) = c(OH-) NH3H2O+SO2===NH4HSO3

【解析】

（1）根據(jù)蓋斯定律，反應1 + 反應2所得的化學方程式是目標反應的逆過程，據(jù)此分析反應熱效應；反應能發(fā)生，根據(jù)自由能變化公式ΔG = ΔH-TΔS判斷反應方向；

（2）①經(jīng)3分鐘達到平衡，從圖中可看出SO2的轉(zhuǎn)化率為90%，通過列出三段式結合反應速率的定義及化學平衡常數(shù)的表達式計算作答；

②根據(jù)圖中信息可知，700℃以后二氧化硫的轉(zhuǎn)化率降低，則推出反應放熱，根據(jù)絕熱容器中，溫度對平衡時SO2的轉(zhuǎn)化率影響回答；

③反應若達到平衡狀態(tài)，則v正 = v逆，且各組分的濃度保持不變，與之相關的物質(zhì)的量、百分含量、體積分數(shù)也保持不變據(jù)此作答；

（3）①Na2SO3溶液呈堿性，吸收SO2會生成NaHSO3，使溶液呈酸性，pH = 7時，溶液的溶質(zhì)有Na2SO3和NaHSO3，根據(jù)水溶液的三大守恒規(guī)律判斷離子濃度大小；

②氨水吸收過量SO2可生成亞硫酸氫銨。

（1）反應1：2NH3(l)+CO2(g)H2NCOONH4(l)　ΔH1= -117.2 kJ·mol-1

反應2：H2NCOONH4(l)H2O(l)+CO(NH2)2(l)　ΔH2=+21.7 kJ·mol-1

則-（反應1 +反應2）得，CO(NH2)2 (l)+H2O(l)2NH3(l)+CO2(g)，對應的ΔH3 = -（-117.2 kJ·mol-1 +21.7 kJ·mol-1） = +95.5 kJ·mol-1；根據(jù)自由能變化公式ΔG = ΔH-TΔS，因反應的ΔH3>0，該反應之所以能發(fā)生，是因為該反應中的熵增或△S>0，

故答案為：95.5；熵增或△S>0；

（2）①從圖中可看出SO2的轉(zhuǎn)化率為90%時達到平衡狀態(tài)，則根據(jù)可逆反應

則v(S2) = = = 0.15 molL-1min-1，該溫度下的平衡常數(shù)K= = = 36.45，

故答案為：0.15；36.45；

②由圖象可知，溫度超過700℃，SO2的轉(zhuǎn)化率降低，說明平衡向逆向移動，即該反應為放熱反應，所以在起始溫度為700℃的恒容絕熱容器中進行，隨著反應的進行，容器的溫度會高于700℃，則達到平衡時SO2的轉(zhuǎn)化率＜90%，

故答案為：＜；

③反應式2C(s)+2SO2(g)S2(g)+2CO2(g)，則

A.焦炭的質(zhì)量不再變化時，說明反應達到動態(tài)平衡，A項正確；

B.CO2、SO2的濃度相等時，不能說明濃度保持不變，則無法證明反應達到平衡狀態(tài)，B項錯誤；

C.SO2的消耗速率與CO2的生成速率均表示正反應速率，所以不能說明反應達到平衡狀態(tài)，C項錯誤；

D.反應體系是氣體體積增大的反應，則容器的總壓強不再變化時，能說明反應達到平衡狀態(tài)，D項正確；

故答案為AD；

(3) ①Na2SO3溶液吸收SO2生成NaHSO3，離子方程式為SO32-+SO2+H2O═2HSO3-；25℃時用1mol/L的Na2SO3溶液吸收SO2，當溶液pH=7時，溶液中的溶質(zhì)為Na2SO3和NaHSO3，故c（Na+）最大，c（H+）=c（OH-）=10-7mol/L，根據(jù)K2=6.2×10-8=可知=0.62，故c（HSO3-）>c（SO32-），則有：c（Na+）>c（HSO3-）>c（SO32-）>c（H+）=c（OH-）;
故答案為：c（Na+）>c（HSO3-）>c（SO32-）>c（H+）=c（OH-）；

②SO2為酸性氧化物，氨水吸收過量SO2會生成NH4HSO3，其化學反應方程式為NH3H2O+SO2=NH4HSO3，

故答案為：NH3H2O+SO2=NH4HSO3。