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1 L恒容中，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＝－196.6 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1 L的密閉容器中，充入1 mol CO2和3 mol H2，一定條件下反應：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝－49.0 kJ·mol－1，測得CO2和CH3OH(g)濃度隨時間變化如圖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(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．單位時間內消耗3 mol H2，同時生成1 mol H2O

D．CO2的體積分數在混合氣體中保持不變

③為了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CO2氣體 D．使用合適的催化劑

（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。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．該反應正反應是放熱反應

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，1 L密閉容器中，投入0.1 mol CO和0.2 mol H2，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(5 MPa)和250 ℃，是因為此條件下，原料氣轉化率最高

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定氧化物放出的能量，故硫的燃燒熱的熱化學方程式為S(s) + O2(g)＝SO2(g) △H=-297kJ/mol；

②根據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×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轉化為SO2時反應吸熱，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，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，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，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，D正確，答案選D。

③A．正反應放熱，升高溫度反應速率加快，平衡向逆反應方向進行，體系中氣體的物質的量增加，A錯誤；B．縮小容器體積壓強增大，反應速率加快，平衡向正反應方向進行，體系中氣體的物質的量減少，B正確；C．再充入CO2氣體反應速率加快，平衡向正反應方向進行，體系中氣體的物質的量增加，C錯誤；D．使用合適的催化劑不能改變平衡狀態，D錯誤，答案選B。

（3）A、依據平衡常數隨溫度變化和平衡移動原理分析判斷，隨溫度升高平衡常數減小，正反應為放熱反應，A正確；B、由A可知正反應為放熱反應，△H＜0，正反應是體積減小的，則△S＜0。根據△G=△H-T△S＜0自發可知在低溫下能自發進行，B錯誤；C、結合平衡三段式列式計算，平衡常數等于生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應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K==100，C正確；

D、升溫平衡逆向進行，此條件是催化劑活性最大，不是原料氣的轉化率高，D錯誤；答案選AC。