Question

在一個固定的反應器中，有一可以自由滑動的密封隔板，兩側(cè)分別進行如圖所示的化學反應（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）若起始時左側(cè)投入2molSO₂、1molO₂，右側(cè)投入1molN₂、4molH₂，達到平衡后，隔板是否可能處于正中間？______（填“可能”或“不可能”），原因是______．
（2）若起始時左側(cè)投入2molSO₂、1molO₂，右側(cè)投入1molN₂、2molH₂，達到平衡后，隔板處于正中間，則SO₂轉(zhuǎn)化率與N₂轉(zhuǎn)化率之比為______．
（3）若起始時左側(cè)投入2molSO₂、1molO₂，右側(cè)投入1molN₂、amolH₂、0.1molNH₃且起始時右側(cè)體積小于左側(cè)體積，達到平衡后，調(diào)節(jié)反應溫度至某一溫度（兩側(cè)溫度相同），使達到平衡后，隔板處于正中間，此時SO₂轉(zhuǎn)化率與N₂轉(zhuǎn)化率之比為5：1，求a的取值范圍______．

Answer 1

（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，若右室中氮氣完全轉(zhuǎn)化時，右室中混合氣體物質(zhì)的量達極小值，
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g） 物質(zhì)的量減小
1 1+3-2=2
1mol 2mol
故若右室中氮氣完全轉(zhuǎn)化，混合氣體物質(zhì)的量=1+4mol-2mol=3mol，左室中沒有反應時，混合氣體總物質(zhì)的量為3mol，故平衡時，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；因為左側(cè)反應達到平衡時氣體體積2＜V＜3，右側(cè)反應達到平衡時氣體體積3＜V＜5，兩邊體積沒有相等的可能，隔板不會處于正中間；
（2）達到平衡后，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)反應都達到平衡，且平衡時隔板處于中央，則左、右兩室中混合氣體的總物質(zhì)的量相等，令氮氣的轉(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×5b5bmol
右室：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g） 物質(zhì)的量減小
13 2
bmol3b2bmol
所以，2mol+1mol-5bmol=1mol+amol+0.1mol-2bmol，故1.9-3b=a，由于是可逆反應，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．