Question

【題目】隨著大氣污染的日趨嚴(yán)重，國家擬于“十二五”期間，將二氧化硫（SO2）排放量減少8%，氮氧化物（NOx）排放量減少10%，二氧化碳（CO2）的排放量也要大幅減少。

（1）在恒溫，容積為1 L恒容中，硫可以發(fā)生如下轉(zhuǎn)化，其反應(yīng)過程和能量關(guān)系如圖1所示(已知：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) ΔH＝－196.6 kJ·mol－1)，請回答下列問題：

①寫出能表示硫的燃燒熱的熱化學(xué)方程式：_________________________________。

②ΔH2＝__________kJ·mol－1。

③在相同條件下，充入1 mol SO3和0.5 mol的O2，則達(dá)到平衡時(shí)SO3的轉(zhuǎn)化率為______________；此時(shí)該反應(yīng)________(填“放出”或“吸收”)________kJ的能量。

（2）中國政府承諾，到2020年，單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～50%。

①CO2可轉(zhuǎn)化成有機(jī)物實(shí)現(xiàn)碳循環(huán)。在體積為1 L的密閉容器中，充入1 mol CO2和3 mol H2，一定條件下反應(yīng)：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝－49.0 kJ·mol－1，測得CO2和CH3OH(g)濃度隨時(shí)間變化如圖2所示。從3 min到9 min，v(H2)＝________mol·L－1·min－1。

②能說明上述反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是________(填編號)。

A．反應(yīng)中CO2與CH3OH的物質(zhì)的量濃度之比為1∶1(即圖中交叉點(diǎn))

B．混合氣體的密度不隨時(shí)間的變化而變化

C．單位時(shí)間內(nèi)消耗3 mol H2，同時(shí)生成1 mol H2O

D．CO2的體積分?jǐn)?shù)在混合氣體中保持不變

③為了加快化學(xué)反應(yīng)速率且使體系中氣體的物質(zhì)的量減少，其他條件不變時(shí)，可采取的措施有________(填編號)。

A．升高溫度 B．縮小容器體積 C．再充入CO2氣體 D．使用合適的催化劑

（3）工業(yè)上，CH3OH也可由CO和H2合成。參考合成反應(yīng)CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)的平衡常數(shù)。下列說法正確的是________。

溫度/℃	0	100	200	300	400
平衡常數(shù)	667	13	1.9×10－2	2.4×10－4	1×10－5

A．該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)

B．該反應(yīng)在低溫下不能自發(fā)進(jìn)行，高溫下可自發(fā)進(jìn)行，說明該反應(yīng)ΔS<0

C．在T ℃時(shí)，1 L密閉容器中，投入0.1 mol CO和0.2 mol H2，達(dá)到平衡時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為50%，則此時(shí)的平衡常數(shù)為100

D．工業(yè)上采用稍高的壓強(qiáng)(5 MPa)和250 ℃，是因?yàn)榇藯l件下，原料氣轉(zhuǎn)化率最高

Answer 1

【答案】（1）①S(s)＋O2(g)＝SO2(g) ΔH＝－297 kJ·mol－1

②－78.64 ③20% 吸收 19.66（2）①0.125②D ③B （3）AC

【解析】

試題分析：（1）①燃燒熱是指1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物放出的能量，故硫的燃燒熱的熱化學(xué)方程式為S(s) + O2(g)＝SO2(g) △H=-297kJ/mol；

②根據(jù)2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) ΔH＝－196.6 kJ·mol－1，生成0.8mol SO3放出的能量為78.64 kJ，因此ΔH2＝－78.64kJ·mol－1。

③假設(shè)1molSO3和0.5molO2完全轉(zhuǎn)化為SO2和O2，則與原來的初始量相同，所以兩次平衡是等效平衡，即平衡時(shí)SO2為0.2mol，SO3為0.8mol，所以SO3轉(zhuǎn)化了0.2mol，則達(dá)到平衡時(shí)SO3的轉(zhuǎn)化率為×100%=20%；已知2SO2（g）+O2（g）=2SO3（g）△H=-196.6KJ·mol-1，當(dāng)反應(yīng)逆向進(jìn)行時(shí)反應(yīng)熱大小不變，符號相反，所以SO3轉(zhuǎn)化為SO2時(shí)反應(yīng)吸熱，熱量為196.6×0.2/2=19.66 kJ；

（2）①從3min到9min，v（CO2）=△c÷t=（0.50mol/L0.25mol/L）÷6min，則v（H2）=3v（CO2）=0.125mol/（Lmin）-1；

②A．反應(yīng)中CO2與CH3OH的物質(zhì)的量濃度之比為1：1時(shí)，沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，A錯(cuò)誤；B．由于氣體的總質(zhì)量不變，容器的體積不變，則無論是否達(dá)到平衡狀態(tài)，氣體的密度都不變，B錯(cuò)誤；C．化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，無論是否達(dá)到平衡狀態(tài)，都存在單位時(shí)間內(nèi)每消耗3molH2，同時(shí)生成1molH2O，C錯(cuò)誤；D．CO2的體積分?jǐn)?shù)在混合氣體中保持不變，說明達(dá)到平衡狀態(tài)，D正確，答案選D。

③A．正反應(yīng)放熱，升高溫度反應(yīng)速率加快，平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，體系中氣體的物質(zhì)的量增加，A錯(cuò)誤；B．縮小容器體積壓強(qiáng)增大，反應(yīng)速率加快，平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，體系中氣體的物質(zhì)的量減少，B正確；C．再充入CO2氣體反應(yīng)速率加快，平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，體系中氣體的物質(zhì)的量增加，C錯(cuò)誤；D．使用合適的催化劑不能改變平衡狀態(tài)，D錯(cuò)誤，答案選B。

（3）A、依據(jù)平衡常數(shù)隨溫度變化和平衡移動(dòng)原理分析判斷，隨溫度升高平衡常數(shù)減小，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，A正確；B、由A可知正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H＜0，正反應(yīng)是體積減小的，則△S＜0。根據(jù)△G=△H-T△S＜0自發(fā)可知在低溫下能自發(fā)進(jìn)行，B錯(cuò)誤；C、結(jié)合平衡三段式列式計(jì)算，平衡常數(shù)等于生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積，

CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）

起始量（mol/L） 0.1 0.2 0

變化量（mol/L） 0.05 0.1 0.05

平衡量（mol/L） 0.05 0.1 0.05

平衡常數(shù)K==100，C正確；

D、升溫平衡逆向進(jìn)行，此條件是催化劑活性最大，不是原料氣的轉(zhuǎn)化率高，D錯(cuò)誤；答案選AC。