Question

17．1100℃時，在恒容密閉容器中，發生可逆反應：Na₂SO₄（s）+4H₂（g）?Na₂S（s）+4H₂O（g）并達到平衡，請完成下列各題：
（1）上述反應中涉及的元素原子的半徑從大到小的順序為Na＞S＞O＞H，非金屬性最強的元素原子的軌道表示式，其電子的自旋方向共有2種．比較兩種同主族非金屬元素形成的單質的氧化性（用化學方程式表示）2H₂S+O₂=2S↓+2H₂O
（2）上述平衡的平衡常數表達式K=$\frac{{c}^{4}（{H}_{2}O）}{{c}^{4}（{H}_{2}）}$．降低溫度，K值減小，則正反應為吸熱（填“吸熱”或“放熱”）反應．
（3）能判斷反應達到平衡狀態的依據是（填序號）BC．
A．混合氣體的壓強不變                      
B．混合氣體的密度不變
C．混合氣體的平均相對分子質量不變          
D．各氣體的濃度相等
（4）平衡后，向容器中充入1molH₂，重新達到平衡，與原平衡相比，H₂的轉化率不變；體積百分含量bb（填“增大”、“減小”或“不變”）
（5）若初始時加入的Na₂SO₄為2.84g，達平衡時Na₂SO₄的轉化率為45%，則達平衡時該容器內固體的總質量是2.264g．

Answer 1

分析 （1）所有元素中H原子半徑最小，同周期自左而右原子半徑減小、同主族自上而下原子半徑增大；
非金屬性最強的元素為O元素，原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁴，根據泡利原理與洪特規則畫出原子的軌道表示式，電子的自旋方向共有2種；
同主族非金屬元素形成的單質為氧氣、硫，可以利用單質之間置換反應比較單質的氧化性強弱；
（2）平衡常數是指生成物平衡濃度化學計量數冪乘積與反應物平衡濃度化學計量數冪乘積的比，固體不需要標出；
降低溫度，K值減小，說明降低溫度平衡向逆反應方向移動；
（3）A．混合氣體的壓強始終不變；
B．混合氣體的總質量隨反應進行發生變化，容器容積不變，混合氣體的密度不變可以說明到達平衡；
C．混合氣體的總物質的量不變，總質量分數變化，故混合氣體的平均相對分子質量不變，可以說明到達平衡；
D．平衡時氣體的濃度與反應物轉化率有關；
（4）平衡后，向容器中充入1molH₂，等效為再原平衡的基礎上增大壓強，平衡不移動；
（5）固體減少質量為參加反應的Na₂SO₄中氧元素質量．

解答 解：（1）所有元素中H原子半徑最小，同周期自左而右原子半徑減小、同主族自上而下原子半徑增大，故原子半徑：Na＞S＞O＞H；
非金屬性最強的元素為O元素，原子核外電子排布式為1s²2s²2p⁴，原子的軌道表示式為，電子的自旋方向共有2種；
同主族非金屬元素形成的單質為氧氣、硫，利用單質之間置換反應比較單質的氧化性強弱，反應方程式為：2H₂S+O₂=2S↓+2H₂O，
故答案為：Na＞S＞O＞H；；2；2H₂S+O₂=2S↓+2H₂O；
（2）Na₂SO₄（s）+4H₂（g）?Na₂S（s）+4H₂O（g）的平衡常數表達式K=$\frac{{c}^{4}（{H}_{2}O）}{{c}^{4}（{H}_{2}）}$；
降低溫度，K值減小，說明降低溫度平衡向逆反應方向移動，逆反應為放熱反應，則正反應為吸熱反應，
故答案為：$\frac{{c}^{4}（{H}_{2}O）}{{c}^{4}（{H}_{2}）}$；吸熱；
（3）A．反應前后氣體的物質的量不變，混合氣體的壓強始終不變，故A錯誤；
B．混合氣體的總質量隨反應進行發生變化，容器容積不變，混合氣體的密度不變可以說明到達平衡，故B正確；
C．混合氣體的總物質的量不變，總質量分數變化，故混合氣體的平均相對分子質量不變，可以說明到達平衡，故C正確；
D．平衡時氣體的濃度與反應物轉化率有關，平衡時的濃度不一定相等，故D錯誤，
故選：BC；
（4）平衡后，向容器中充入1molH₂，等效為再原平衡的基礎上增大壓強，平衡不移動，與原平衡相比，H₂的轉化率不變，體積百分含量不變，
故答案為：不變；不變；
（5）若初始時加入的Na₂SO₄為2.84g，達平衡時Na₂SO₄的轉化率為45%，則反應的硫酸鈉為$\frac{2.84g×45%}{142g/mol}$=
0.009mol，固體減少質量為參加反應的Na₂SO₄中氧元素質量，則達平衡時該容器內固體的總質量是 2.84g-0.009mol×4×16g/mol=2.264g，
故答案為：2.264g．

點評 本題考查元素周期律、平衡常數、化學平衡狀態判斷、化學平衡計算與影響因素等知識點，側重考查學生分析解決問題的能力，難度中等．