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1L恒容容器中，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=-196.6kJmol-1)，請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

寫(xiě)出能表示硫的燃燒熱的熱化學(xué)方程式：___。

②ΔH2=___kJmol-1。

③在相同條件下，充入1molSO3和0.5mol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1L的密閉容器中，充入1molCO2和3molH2，一定條件下反應(yīng)：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49.0kJmol-1，測(cè)得CO2和CH3OH(g)濃度隨時(shí)間變化如圖2所示。從3min到9min，v(H2)=___molL-1min-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

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3molH2，同時(shí)生成1molH2O

D.CO2的體積分?jǐn)?shù)在混合氣體中保持不變

③為加快化學(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.再充入水蒸氣 D.使用合適的催化劑

（3）工業(yè)上，CH3OH也可由CO和H2合成。參考下表中合成反應(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)，1L密閉容器中，投入0.1molCO和0.2molH2，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)(5MPa)和250℃，是因?yàn)榇藯l件下，原料氣轉(zhuǎn)化率最高

Answer 1

【答案】S(s)+O2(g)=SO2(g) △H=-297kJmol-1 -78.64 20% 吸收 19.66 0.125 D B AC

【解析】

（1）①1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物放出的熱量為燃燒熱，據(jù)此結(jié)合圖象分析；

②根據(jù)熱化學(xué)方程式：2SO2（g）+O2（g）2SO3（g）△H=-196.6KJmol-1計(jì)算；

③假設(shè)1molSO3和0.5molO2完全轉(zhuǎn)化為SO2和O2，與原來(lái)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；當(dāng)反應(yīng)逆向進(jìn)行時(shí)反應(yīng)熱大小不變，符號(hào)相反，根據(jù)物質(zhì)的量之比等于熱量比求算；

（2）①根據(jù)v=計(jì)算出v（CH3OH），然后根據(jù)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比求出v（H2）；

②根據(jù)平衡狀態(tài)的判斷標(biāo)準(zhǔn)：正逆反應(yīng)速率相等；各組分濃度保持不變及由此衍生的其它物理量進(jìn)行分析。

③將上述平衡體系的溫度升高至700℃，平衡常數(shù)K=5.01，溫度升高K值減少，所以正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，

A．升高溫度，化學(xué)反應(yīng)速率，平衡逆向移動(dòng)，使體系中氣體的物質(zhì)的量增加；

B．縮小容器的容積，反應(yīng)物濃度變大，反應(yīng)速率加快，平衡正向移動(dòng)，氣體的物質(zhì)的量減少；

C．再充入CO2氣體，化學(xué)反應(yīng)速率，平衡正向移動(dòng)，物質(zhì)的量增加；

D．使用合適的催化劑，化學(xué)反應(yīng)速率加快，平衡不移動(dòng)，物質(zhì)的量不變；

（3）A．由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高平衡常數(shù)越小，可逆反應(yīng)向逆反應(yīng)移動(dòng)，升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動(dòng)；

B．根據(jù)△G=△H-T△S判斷，△G>0，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行；△G<0，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行；

C．利用三段式計(jì)算出平衡時(shí)平衡混合物各組分的濃度，代入平衡常數(shù)的表達(dá)式計(jì)算；

D．由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高平衡常數(shù)越小，可逆反應(yīng)向逆反應(yīng)移動(dòng)，不利用原料氣轉(zhuǎn)化。

(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)完全燃燒生成SO2放出的熱量為297KJ,所以硫的燃燒熱的熱化學(xué)方程式為：S(s)+O2(g)=SO2(g) △H=-297kJmol-1；

故答案為：S(s)+O2(g)=SO2(g) △H=-297kJmol-1；

②由圖1可知，參加反應(yīng)的n(SO2)=1mol0.2mol=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×(196.6 Jmol-1)=78.64 Jmol-1；

故答案為：78.64；

③假設(shè)1molSO3和0.5molO2完全轉(zhuǎn)化為SO2和O2，則與原來(lái)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0.2mol1mol×100%=20%;已知2SO2（g）+O2（g）2SO3（g）△H=-196.6KJmol-1，當(dāng)反應(yīng)逆向進(jìn)行時(shí)反應(yīng)熱大小不變，符號(hào)相反，所以SO3轉(zhuǎn)化SO2時(shí)反應(yīng)吸熱,熱量為196.6KJ×=19.66KJ；

故答案為：20%；吸收；19.66；

(2)①由圖象可知：v(CH3OH)= =mol/(Lmin)，v(H2)=3v(CH3OH)=0.125mol/(Lmin)；

故答案為：0.125mol/(Lmin)；

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。

③將上述平衡體系的溫度升高至700℃，平衡常數(shù)K=5.01，溫度升高K值減少，所以正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以△H<0，

A.升高溫度，化學(xué)反應(yīng)速率，平衡逆向移動(dòng)，使體系中氣體的物質(zhì)的量增加，故A錯(cuò)誤；

B.縮小容器的容積，反應(yīng)物濃度變大，反應(yīng)速率加快，平衡正向移動(dòng)，氣體的物質(zhì)的量減少，故B正確；

C.再充入CO2氣體，化學(xué)反應(yīng)速率，平衡正向移動(dòng)，物質(zhì)的量增加，故C錯(cuò)誤；

D.使用合適的催化劑，化學(xué)反應(yīng)速率加快，平衡不移動(dòng)，物質(zhì)的量不變，故D錯(cuò)誤；

故選：B；

(3)A.由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高平衡常數(shù)越小，可逆反應(yīng)向逆反應(yīng)移動(dòng)，升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動(dòng)，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故A正確；

B.反應(yīng)為放熱反應(yīng)△H<0，△G=△HT△S<0，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，△S<0，低溫下，反應(yīng)也可以自發(fā)進(jìn)行，故B錯(cuò)誤；

C.對(duì)于可逆反應(yīng)： CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

開(kāi)始(mol/L):0.1 0.20 0

變化(mol/L):0.05 0.1 0.05

平衡(mol/L):0.05 0.1 0.05

所以平衡常數(shù)k==100，故C正確；

D.增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，有利于原料氣轉(zhuǎn)化。由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高平衡常數(shù)越小，可逆反應(yīng)向逆反應(yīng)移動(dòng)，故升高不利用原料氣轉(zhuǎn)化，采取250℃溫度，考慮反應(yīng)速率與催化劑的活性，故D錯(cuò)誤；

故選：AC。