Question

【題目】隨著大氣污染的日趨嚴重，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1L恒容容器中，硫可以發生如下轉化，其反應過程和能量關系如圖1所示(已知：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-196.6kJmol-1)，請回答下列問題：

寫出能表示硫的燃燒熱的熱化學方程式：___。

②ΔH2=___kJmol-1。

③在相同條件下，充入1molSO3和0.5mol的O2，則達到平衡時SO3的轉化率為___；此時該反應___(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可轉化成有機物實現碳循環。在體積為1L的密閉容器中，充入1molCO2和3molH2，一定條件下反應：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49.0kJmol-1，測得CO2和CH3OH(g)濃度隨時間變化如圖2所示。從3min到9min，v(H2)=___molL-1min-1。

②能說明上述反應達到平衡狀態的是___(填編號)。

A.反應中CO2與CH3OH的物質的量濃度之比為1：1

B.混合氣體的密度不隨時間的變化而變化

C.單位時間內消耗3molH2，同時生成1molH2O

D.CO2的體積分數在混合氣體中保持不變

③為加快化學反應速率且使體系中氣體的物質的量減少，其他條件不變時，可采取的措施有___(填編號)。

A.升高溫度 B.縮小容器體積 C.再充入水蒸氣 D.使用合適的催化劑

（3）工業上，CH3OH也可由CO和H2合成。參考下表中合成反應CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的平衡常數。下列說法正確的是___。

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

A.該反應正反是放熱反應

B.該反應在低溫下不能自發進行，高溫下可自發進行，說明該反應ΔS<0

C.在T℃時，1L密閉容器中，投入0.1molCO和0.2molH2，達到平衡時，CO轉化率為50%，則此時的平衡常數為100

D.工業上采用稍高的壓強(5MPa)和250℃，是因為此條件下，原料氣轉化率最高

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定氧化物放出的熱量為燃燒熱，據此結合圖象分析；

②根據熱化學方程式：2SO2（g）+O2（g）2SO3（g）△H=-196.6KJmol-1計算；

③假設1molSO3和0.5molO2完全轉化為SO2和O2，與原來的初始量相同，所以兩次平衡是等效平衡，即平衡時SO2為0.2mol，SO3為0.8mol；當反應逆向進行時反應熱大小不變，符號相反，根據物質的量之比等于熱量比求算；

（2）①根據v=計算出v（CH3OH），然后根據速率之比等于化學計量數之比求出v（H2）；

②根據平衡狀態的判斷標準：正逆反應速率相等；各組分濃度保持不變及由此衍生的其它物理量進行分析。

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

A．升高溫度，化學反應速率，平衡逆向移動，使體系中氣體的物質的量增加；

B．縮小容器的容積，反應物濃度變大，反應速率加快，平衡正向移動，氣體的物質的量減少；

C．再充入CO2氣體，化學反應速率，平衡正向移動，物質的量增加；

D．使用合適的催化劑，化學反應速率加快，平衡不移動，物質的量不變；

（3）A．由表中數據可知，溫度越高平衡常數越小，可逆反應向逆反應移動，升高溫度平衡向吸熱反應移動；

B．根據△G=△H-T△S判斷，△G>0，反應不能自發進行；△G<0，反應自發進行；

C．利用三段式計算出平衡時平衡混合物各組分的濃度，代入平衡常數的表達式計算；

D．由表中數據可知，溫度越高平衡常數越小，可逆反應向逆反應移動，不利用原料氣轉化。

(1)①燃燒熱是指1mol可燃物完全燃燒生成穩定的氧化物放出的熱量,所以,硫的物質的量為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，參加反應的n(SO2)=1mol0.2mol=0.8mol，根據熱化學方程式：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1molSO3和0.5molO2完全轉化為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SO2為0.2mol，SO3為0.8mol；所以SO3轉化了0.2mol,則達到平衡時SO3的轉化率為0.2mol1mol×100%=20%;已知2SO2（g）+O2（g）2SO3（g）△H=-196.6KJmol-1，當反應逆向進行時反應熱大小不變，符號相反，所以SO3轉化SO2時反應吸熱,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．反應中CO2與CH3OH的物質的量濃度之比為1：1時，沒有達到平衡狀態，故A錯誤；

B．由于氣體的總質量不變，容器的體積不變，則無論是否達到平衡狀態，氣體的密度都不變，故B錯誤；

C．化學反應速率之比等于化學計量數之比，無論是否達到平衡狀態，都存在單位時間內每消耗3molH2，同時生成1molH2O，故C錯誤；

D．CO2的體積分數在混合氣體中保持不變，說明達到平衡狀態，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K=5.01，溫度升高K值減少，所以正反應是放熱反應，所以△H<0，

A.升高溫度，化學反應速率，平衡逆向移動，使體系中氣體的物質的量增加，故A錯誤；

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

C.再充入CO2氣體，化學反應速率，平衡正向移動，物質的量增加，故C錯誤；

D.使用合適的催化劑，化學反應速率加快，平衡不移動，物質的量不變，故D錯誤；

故選：B；

(3)A.由表中數據可知，溫度越高平衡常數越小，可逆反應向逆反應移動，升高溫度平衡向吸熱反應移動，故正反應為放熱反應，故A正確；

B.反應為放熱反應△H<0，△G=△HT△S<0，反應自發進行，△S<0，低溫下，反應也可以自發進行，故B錯誤；

C.對于可逆反應： CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

開始(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k==100，故C正確；

D.增大壓強，平衡向正反應移動，有利于原料氣轉化。由表中數據可知，溫度越高平衡常數越小，可逆反應向逆反應移動，故升高不利用原料氣轉化，采取250℃溫度，考慮反應速率與催化劑的活性，故D錯誤；

故選：AC。