Question

在一個(gè)固定的反應(yīng)器中，有一可以自由滑動(dòng)的密封隔板，兩側(cè)分別進(jìn)行如圖所示的化學(xué)反應(yīng)（均加有適量的新型固體催化劑，體積忽略）．

2SO2（g）+O2（g）?2SO3（g）

N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）

（1）若起始時(shí)左側(cè)投入2mol SO₂、1mol O₂，右側(cè)投入1mol N₂、4molH₂，達(dá)到平衡后，隔板是否可能處于正中間？

 

（填“可能”或“不可能”），原因是

 

．
（2）若起始時(shí)左側(cè)投入2mol SO₂、1mol O₂，右側(cè)投入1mol N₂、2molH₂，達(dá)到平衡后，隔板處于正中間，則SO₂轉(zhuǎn)化率與N₂轉(zhuǎn)化率之比為

 

．
（3）若起始時(shí)左側(cè)投入2mol SO₂、1mol O₂，右側(cè)投入1mol N₂、a molH₂、0.1mol NH₃且起始時(shí)右側(cè)體積小于左側(cè)體積，達(dá)到平衡后，調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度至某一溫度（兩側(cè)溫度相同），使達(dá)到平衡后，隔板處于正中間，此時(shí)SO₂轉(zhuǎn)化率與N₂轉(zhuǎn)化率之比為5：1，求a的取值范圍

 

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Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,化學(xué)平衡建立的過程

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）若隔板處于中央，則左、右兩室中混合氣體的總物質(zhì)的量相等，利用極限法分析右室中混合氣體物質(zhì)的量的極小值，與左室中混合氣體總物質(zhì)的量相比較，據(jù)此進(jìn)行判斷；
（2）達(dá)到平衡后，隔板仍處于中央，則左、右兩室中混合氣體的總物質(zhì)的量相等，即左、右兩室混合氣體物質(zhì)的量減少量相等，假定減少量為ymol，利用差量法計(jì)算參加反應(yīng)的SO₂、N₂，進(jìn)而計(jì)算二者轉(zhuǎn)化率之比；
（3）起始時(shí)右側(cè)體積小于左側(cè)體積，則右室混合氣體總物質(zhì)的量小于左室中混合氣體總物質(zhì)的量，左右兩側(cè)反應(yīng)都達(dá)到平衡，且平衡時(shí)隔板處于中央，則左、右兩室中混合氣體的總物質(zhì)的量相等，令氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率為b，則二氧化硫轉(zhuǎn)化率為5b，利用差量法表示平衡時(shí)兩室中混合氣體減少量，再根據(jù)兩室中氣體物質(zhì)的量相等列方程，由于是可逆反應(yīng)，故5b×2＜2、b×3＜a，聯(lián)立解答．

解答： 解：（1）隔板處于中央，則左、右兩室中混合氣體的總物質(zhì)的量相等，若右室中氮?dú)馔耆�轉(zhuǎn)化時(shí)，右室中混合氣體物質(zhì)的量達(dá)極小值，
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g） 物質(zhì)的量減小
1                        1+3-2=2
1mol                      2mol
故若右室中氮?dú)馔耆�轉(zhuǎn)化，混合氣體物質(zhì)的量=1+4mol-2mol=3mol，左室中沒有反應(yīng)時(shí)，混合氣體總物質(zhì)的量為3mol，故平衡時(shí)，右室中氣體總物質(zhì)的量大于左室，隔板不可能處于中央，
故答案為：不可能；因?yàn)樽髠?cè)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)氣體體積2＜V＜3，右側(cè)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)氣體體積3＜V＜5，兩邊體積沒有相等的可能，隔板不會(huì)處于正中間；
（2）達(dá)到平衡后，隔板仍處于中央，則左、右兩室中混合氣體的總物質(zhì)的量相等，即左、右兩室混合氣體物質(zhì)的量減少量相等，假定減少量為ymol，則：
左室：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₂（g） 物質(zhì)的量減小
     2                          1
     2ymol                      ymol
右室：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g） 物質(zhì)的量減小
     1                          2
    0.5y mol                   ymol
故SO₂與N₂轉(zhuǎn)化率之比=

2Ymol

2mol

：

0.5Ymol

1mol

=2：1，
故答案為：2：1；
（3）起始時(shí)右側(cè)體積小于左側(cè)體積，則右室混合氣體總物質(zhì)的量小于左室中混合氣體總物質(zhì)的量，則：2mol+1mol＞1mol+amol+0.1mol，解得a＜1.9，
左右兩側(cè)反應(yīng)都達(dá)到平衡，且平衡時(shí)隔板處于中央，則左、右兩室中混合氣體的總物質(zhì)的量相等，令氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率為b，則二氧化硫轉(zhuǎn)化率為5b，則：
左室：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₂（g） 物質(zhì)的量減小
     2                          1
     2mol×5b                   5bmol
右室：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g） 物質(zhì)的量減小
     1       3                   2
    bmol     3b                  2bmol
所以，2mol+1mol-5bmol=1mol+amol+0.1mol-2bmol，故1.9-3b=a，由于是可逆反應(yīng)，故5b×2＜2、b×3＜a，聯(lián)立得a＞1.3，
綜上所述，可得1.3＜a＜1.9，
故答案為：1.3＜a＜1.9．

點(diǎn)評：本題考查化學(xué)平衡計(jì)算，側(cè)重考查學(xué)生分析解決問題能力，充分利用左右兩室氣體的物質(zhì)的量關(guān)系，注意極限法與可逆反應(yīng)特點(diǎn)運(yùn)用，難度中等．