Question

18．（1）恒溫、容積為1L恒容條件下，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）△H=-196.6kJ/mol]．

請回答下列問題：
①寫出能表示硫的燃燒熱的熱化學方程式：S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H=-297 KJ•mol^-1．
②△H₂=-78.64 kJ/mol．
③在相同條件下，充入1mol SO₃和0.5mol O₂，則達到平衡時SO₃的轉化率為20%；此時該反應吸收（填“放出”或“吸收”）19.66 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%．①有效“減碳”的手段之一是節能，下列制氫方法最節能的是C（填序號）．
A．電解水制氫：2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑
B．高溫使水分解制氫：2H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2H₂+O₂↑
C．太陽光催化分解水制氫：2H₂O $\frac{\underline{\;\;\;TiO_{2}\;\;\;}}{太陽光}$2H2↑+O₂↑
D．天然氣制氫：CH₄+H₂O（g） $\stackrel{高溫}{?}$CO+3H₂
②CO₂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1mol CO₂和3mol H₂，一定條件下反應：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol，測得CO₂和CH₃OH（g）濃度隨時間變化如圖2所示．
從3min到9min，υ（H₂）=0.125 mol/（L•min）．
③能說明上述反應達到平衡狀態的是D（填編號）．
A．反應中CO₂與CH₃OH的物質的量濃度之比為1：1（即圖中交叉點）
B．混合氣體的密度不隨時間的變化而變化
C．3個H-H鍵斷裂的同時有4個C-H鍵斷裂
D．CO₂的體積分數在混合氣體中保持不變
（3）工業上，CH₃OH也可由CO和H₂合成．參考合成反應CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常數．

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

下列說法正確的是AB．
A．該可逆反應的正反應是放熱反應
B．在T℃時，1L密閉容器中，投入0.1molCO和0.2molH₂，達到平衡時，CO的轉化率為50%，則此時的平衡常數為100
C．工業上采用稍高的壓強（5MPa）和250℃，是因為此條件下，原料氣的轉化率最高．

Answer 1

分析 （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=-196.6KJ•mol^-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利用太陽光催化分解水制氫是最節能的，能減少電能、天然氣及熱能的利用；
②根據v=$\frac{△c}{△t}$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）；
③在一定條件下，當化學反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，各物質的濃度不變，由此衍生的一些物理性也不變；
（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、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；
C、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．

解答 解：（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=-297 KJ•mol^-1；
故答案為：S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H=-297 KJ•mol^-1；
②由圖1可知，參加反應的n（SO₂）=1mol-0.2mol=0.8mol，根據熱化學方程式：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6KJ•mol^-1；可知，△H₂=0.4△H=
0.4×（-196.6KJ•mol^-1）=-78.64KJ•mol^-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$\frac{0.2mol}{1mol}$×100%=20%；已知2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6KJ•mol^-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×$\frac{0.2mol}{2mol}$=19.66KJ；
故答案為：20%；吸收； 19.66；
（2）①A、消耗電能，不是最節能的方法，故A錯誤；
B、消耗熱能，不是減碳的手段，故B錯誤；
C、利用太陽光催化分解水制氫是最節能的，故C正確；
D、天然氣是非再生能源，且不是最節能的方法，故D錯誤；
故答案為：C；
②由圖象可知：v（CH₃OH）=$\frac{0.75mol/L-0.5mol/L}{6min}$=$\frac{0.25}{6}$mol/（L•min），v（H₂）=3v（CH₃OH）=0.125mol/（L•min），
故答案為：0.125mol/（L•min）；
③A．由圖可知反應中CO₂與CH₃OH的物質的量濃度之比為1：1時，并未達到平衡狀態，故A錯誤；
B．因氣體的質量不變，容器的體積不變，則無論是否達到平衡狀態，都存在混合氣體的密度不隨時間的變化而變化，不能判斷是否達到平衡狀態，故B錯誤；
C．3個H-H鍵斷裂的同時有3個C-H鍵斷裂說明該反應達到平衡狀態，所以當3個H-H鍵斷裂的同時有4個C-H鍵斷裂時該反應沒有達到平衡狀態，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；
故答案為：D．
（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、對于可逆反應：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
開始（mol/L）：0.1 0.2 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=$\frac{0.05}{0.05×0．{1}^{2}}$=100，故B正確；
C、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C錯誤；
故選：AB．

點評 本題主要考查了熱化學方程式的書寫，反應能量的計算、化學反應速率以及平衡狀態的判斷，化學平衡的有關計算等，題目綜合性較強，難度較大，注意知識的積累．