Question

【題目】隨著大氣污染的日趨嚴(yán)重，國(guó)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(guò)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(qǐng)回答下列問(wèn)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(guó)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(cè)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(shuō)明上述反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是________(填編號(hào))。

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(hào))。

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(shuō)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(shuō)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)①0.125；②D；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)定的氧化物放出的熱量，所以，硫的物質(zhì)的量為1mol．由圖1可知1molS(s)完全燃燒放出的熱量為297KJ，所以，硫的燃燒熱的熱化學(xué)方程式S(s)+O2(g)═SO2(g)△H=-297 KJmol-1，故答案為：S(s)+O2(g)═SO2(g)△H=-297 KJmol-1；

②由由圖1可知，參加反應(yīng)的n(SO2)=1mol-0.2mol=0.8mol，根據(jù)熱化學(xué)方程式：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)△H=-196.6KJmol- 1；可知，△H2=0.4△H=0.4×(=-196.6KJmol- 1)=-78.64KJmol-1，故答案為：-78.64KJmol-1；

③在相同條件下，充入1 mol SO3和0.5 mol的O2，相當(dāng)于充入1 mol SO2和1molO2，根據(jù)圖像，充入1 mol SO2和1molO2，平衡時(shí)SO2的轉(zhuǎn)化率為×100%=80%，則達(dá)到平衡時(shí)SO3的轉(zhuǎn)化率為20%；分解的SO3為0.2mol，此時(shí)該反應(yīng)吸收的能量為196.6×=19.66 KJ，故答案為：20%；吸收；19.66 ；

(2)①v(CO2)===0.417mol/Lmin，則v(H2)=3v(CO2)=3×0.417mol/Lmin=0.125mol/(Lmin)-1，故答案為：0.125；

②A．反應(yīng)中CO2與CH3OH的物質(zhì)的量濃度之比為1：1時(shí)，沒(méi)有達(dá)到平衡狀態(tài)，故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(wú)論是否達(dá)到平衡狀態(tài)，氣體的密度都不變，故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(wú)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，故C錯(cuò)誤；D．CO2的體積分?jǐn)?shù)在混合氣體中保持不變，說(shuō)明達(dá)到平衡狀態(tài)，故D正確；故選D；

③A.升高溫度，反應(yīng)速率加快，平衡逆向移動(dòng)，氣體的物質(zhì)的量增大，錯(cuò)誤；B.縮小容器體積，反應(yīng)速率加快，平衡正向移動(dòng)，氣體的物質(zhì)的量減小，正確；C.再充入CO2氣體，反應(yīng)速率加快，平衡正向移動(dòng)，氣體的物質(zhì)的量增大，錯(cuò)誤；D.使用合適的催化劑，反應(yīng)速率加快，平衡不移動(dòng)，氣體的物質(zhì)的量不變，錯(cuò)誤；故選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)△H＜0，故A正確；B、該反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)，△H＜0，在低溫下不能自發(fā)進(jìn)行，高溫下可自發(fā)進(jìn)行，根據(jù)△G=△H-T△S＞0，說(shuō)明該反應(yīng)ΔS＞0，故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) 0.1×50% 0.1 0.05

平衡量(mol/L) 0.05 0.1 0.05

平衡常數(shù)K==100，故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，故D錯(cuò)誤；故選AC。