Question

2．（1）恒溫，容積為1L恒容條件下，硫可以發(fā)生如下轉(zhuǎn)化，其反應過程和能量關系如圖所示（已知：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•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：S（s）+O2（g）═SO2（g）△H=-297 KJ•mol-1．
②在相同條件下，充入1mol SO₃和0.5mol 的O₂，則達到平衡時SO₃的轉(zhuǎn)化率為20%；此時該反應吸收（填“放出”或“吸收”）19.66KJ的能量．
（2）①CO₂可轉(zhuǎn)化成有機物實現(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：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1，測得CO₂和CH₃OH（g）濃度隨時間變化如圖所示．從3min到9min，v（H₂）=0.125mol•L^-1•min^-1．

②能說明上述反應達到平衡狀態(tài)的是D（填編號）．
A．反應中CO₂與CH₃OH的物質(zhì)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(nèi)消耗3mol H₂，同時生成1mol H₂O
D．CO₂的體積分數(shù)在混合氣體中保持不變
（3）工業(yè)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(shù)．下列說法正確的是ABC．

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．該反應正反應是放熱反應
B．該反應在低溫下不能自發(fā)進行，高溫下可自發(fā)進行，說明該反應△S＜0
C．在T℃時，1L密閉容器中，投入0.1mol CO和0.2mol H₂，達到平衡時，CO轉(zhuǎn)化率為50%，則此時的平衡常數(shù)為100
D．工業(yè)上采用稍高的壓強（5MPa）和250℃，是因為此條件下，原料氣轉(zhuǎn)化率最高．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)燃燒熱的概念：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；
②根據(jù)化學平衡常數(shù)K計算出平衡時SO₃的轉(zhuǎn)化率=$\frac{物質(zhì)轉(zhuǎn)化量}{物質(zhì)起始量}$×100%；根據(jù)2SO2（g）+O2（g）?2SO3（g）△H=-196.6kJ•mol-1計算；
（2）①根據(jù)圖象得到3min-69min內(nèi)二氧化碳的轉(zhuǎn)化量，計算得氫氣的轉(zhuǎn)化量，再由v=$\frac{△c}{△t}$計算速率；
②根據(jù)化學反應達到平衡狀態(tài)時正逆反應速率相等，各物質(zhì)的濃度不變，由此衍生的物理量不變；
（3）A、依據(jù)平衡常數(shù)隨溫度變化和平衡移動原理分析判斷；
B、根據(jù)△G=△H-T△S＜0自發(fā)，△G=△H-T△S＞0非自發(fā)判斷；
C、結合平衡三段式列式計算，平衡常數(shù)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；
D、此條件是催化劑活性最大，升溫平衡逆向進行；

解答 解：（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方程式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）根據(jù)圖象所給的信息可知，反應2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）的平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）•c（{O}_{2}）}$=$\frac{0．{8}^{2}}{0．{2}^{2}×0.6}$=$\frac{80}{3}$，在相同條件下，充入1molSO₃和0.5molO₂，設反應達到平衡時SO₃轉(zhuǎn)化了Xmol，則有：
          2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
初始：0           0.5mol/L     1mol/L
變化：Xmol/L    0.5Xmol/L    Xmol/L     
平衡：Xmol/L （0.5+0.5X）mol/L  （1-X）mol/L
根據(jù)溫度不變，平衡常數(shù)K的值不變可知：K=$\frac{（1-X）^{2}}{{X}^{2}•（0.5+0.5X）}$=$\frac{80}{3}$解得：X=0.2mol，故反應達到平衡時SO₃的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.2mol}{1mol}×100%$=20%；三氧化硫消耗，說明反應從（1）的逆方向開始，故吸熱；由熱化學方程式2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1可知，2SO₃（g）?2SO₂（g）+O₂（g）△H=-196.6kJ•mol^-1即1molSO₃分解吸收98.3KJ的熱量，則0.2molSO₃分解吸收的熱量Q=98.3KJ×0.2=19.66KJ；
故答案為：20%；吸收；19.66；
（2）①由圖象可知，3min-09min內(nèi)二氧化碳濃度減少了0.25mol/L，則該時間段內(nèi)氫氣的濃度減少3×0.25mol/L=0.75mol/L，則v（H₂）=$\frac{0.75mol/L}{6min}$=0.125mol/L；
故答案為：0.125；
②A．反應中CO₂與CH₃OH的物質(zhì)的量濃度之比為1：1時，沒有達到平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B．由于氣體的總質(zhì)量不變，容器的體積不變，則無論是否達到平衡狀態(tài)，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(shù)之比，無論是否達到平衡狀態(tài)，都存在單位時間內(nèi)每消耗3molH₂，同時生成1molH₂O，故C錯誤；
D．CO₂的體積分數(shù)在混合氣體中保持不變，說明達到平衡狀態(tài)，故D正確．
故答案為：D；
（3）A、依據(jù)平衡常數(shù)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(shù)減小，正反應為放熱反應，故A正確；
B、由A得正反應為放熱反應，△H＜0，根據(jù)△G=△H-T△S＜0自發(fā)，△G=△H-T△S＞0非自發(fā)，又在低溫下不能自發(fā)進行，高溫下可自發(fā)進行，說明該反應△S＜0
，故B正確；
C、結合平衡三段式列式計算，平衡常數(shù)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）  0.1×50%  0.1              0.05
平衡量（mol/L） 0.05        0.1              0.05
平衡常數(shù)K=$\frac{0.05}{0.05×0．{1}^{2}}$=100，故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(zhuǎn)化率高，故D錯誤；
故選ABC．

點評 本題既考查了燃燒熱的概念、化學反應速率計算，平衡狀態(tài)的判斷應用，平衡常數(shù)K的應用，掌握基礎是關鍵，綜合性較強，難度適中．