Question

（1）恒温，容积为1L恒容条件下，硫可以发生如下转化，其反应过程和能量关系如图1所示．（已知：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6KJ?mol^- 1），请回答下列问题：
①写出能表示硫的燃烧热的热化学方程式：

 

．
②△H₂=

 

KJ?mol^-1
③在相同条件下，充入1molSO₃和0.5mol的O₂则达到平衡时SO₃的转化率为

 

；此时该反应

 

（填“放出”或“吸收”）

 

kJ的能量．
（2）中国政府承诺，到2020年，单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～50%．
①有效“减碳”的手段之一是节能，下列制氢方法最节能的是

 

（填序号）
A．电解水制氢：2H₂O 

电解  .

2H₂↑+O₂↑
B．高温使水分解制氢：2H₂O

高温  .

2H₂↑+O₂↑
C．太阳光催化分解水制氢：2H₂O 

TiO2    .

太阳光

2H₂↑+O₂↑
D．天然气制氢：CH₄+H₂O 

高温  .

CO+3H₂
②CO₂可转化成有机物实现碳循环．在体积为1L的密闭容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，一定条件下反应：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1，测得CO₂和CH₃OH（g）浓度随时间变化如上图2所示．从3min到9min，v（H₂）=

 

mol?L^-1?min^-1．
③能说明上述反应达到平衡状态的是

 

（填编号）．
A．反应中CO₂与CH₃OH的物质的量浓度之比为1：1（即图中交叉点）
B．混合气体的密度不随时间的变化而变化
C．单位时间内消耗3mol H₂，同时生成1mol H₂O
D．CO₂的体积分数在混合气体中保持不变
（3）工业上，CH₃OH也可由CO和H₂合成．参考合成反应CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常数：下列说法正确的是

 

．

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

A．该反应正反应是放热反应
B．该反应在低温下不能自发进行，高温下可自发进行，说明该反应△S＜0
C．在T℃时，1L密闭容器中，投入0.1mol CO和0.2mol H₂，达到平衡时，CO转化率为50%，则此时的平衡常数为100
D．工业上采用稍高的压强（5Mpa）和250℃，是因为此条件下，原料气转化率最高．

Answer 1

分析：（1）①1mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物放出的热量为燃烧热，据此结合图象分析；
②根据热化学方程式：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6KJ?mol^-1计算；
③假设1molSO₃和0.5molO₂完全转化为SO₂和O₂，与原来的初始量相同，所以两次平衡是等效平衡，即平衡时SO₂为0.2mol，SO₃为0.8mol；当反应逆向进行时反应热大小不变，符号相反，根据物质的量之比等于热量比求算；
（2）①利用太阳光催化分解水制氢是最节能的，能减少电能、天然气及热能的利用；
②根据v=

△C

△t

计算出v（CH₃OH），然后根据速率之比等于化学计量数之比求出v（H₂）；
③在一定条件下，当化学反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不变，由此衍生的一些物理性也不变；
（4）A、由表中数据可知，温度越高平衡常数越小，可逆反应向逆反应移动，升高温度平衡向吸热反应移动；
B、根据△G=△H-T△S判断，△G＞0，反应不能自发进行；△G＜0，反应自发进行；
C、利用三段式计算出平衡时平衡混合物各组分的浓度，代入平衡常数的表达式计算；
D、由表中数据可知，温度越高平衡常数越小，可逆反应向逆反应移动，不利用原料气转化．

解答：解：（1）①燃烧热是指1mol可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热量，所以，硫的物质的量为1mol．由图1可知1molS（s）完全燃烧生成SO₂放出的热量为297KJ，所以，硫的燃烧热的热化学方程式为：S（s）+O₂（g）?SO₂（g）△H=-297 KJ?mol^-1；
故答案为：S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H=-297 KJ?mol^-1；
②由图1可知，参加反应的n（SO₂）=1mol-0.2mol=0.8mol，根据热化学方程式：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；
故答案为：-78.64；
③假设1molSO₃和0.5molO₂完全转化为SO₂和O₂，则与原来的初始量相同，所以两次平衡是等效平衡，即平衡时SO₂为0.2mol，SO₃为0.8mol，所以SO₃转化了0.2mol，则达到平衡时SO₃的转化率为

0.2mol

1mol

×100%=20%；已知2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6KJ?mol^-1，当反应逆向进行时反应热大小不变，符号相反，
所以SO₃转化SO₂时反应吸热，热量为196.6KJ×

0.2mol

2mol

=19.66KJ；
故答案为：20%；吸收； 19.66；
（2）①A、消耗电能，不是最节能的方法，故A错误；
B、消耗热能，不是减碳的手段，故B错误；
C、利用太阳光催化分解水制氢是最节能的，故C正确；
D、天然气是非再生能源，且不是最节能的方法，故D错误；
故答案为：C；
②由图象可知：v（CH₃OH）=

0.75mol/L-0.50mol/L

6min

=

0.25

6

mol/（L?min），v（H₂）=3v（CH₃OH）=0.125mol/（L?min），故答案为：0.125mol/（L?min）；
③A．由图可知反应中CO₂与CH₃OH的物质的量浓度之比为1：1时，并未达到平衡状态，故A错误；
B．因气体的质量不变，容器的体积不变，则无论是否达到平衡状态，都存在混合气体的密度不随时间的变化而变化，不能判断是否达到平衡状态，故B错误；
C．无论是否达到平衡状态，都存在单位时间内每消耗3molH₂，同时生成1molH₂O，故C错误；
D．CO₂的体积分数在混合气体中保持不变，说明达到平衡状态，故D正确；
故选：D；
（3）A、由表中数据可知，温度越高平衡常数越小，可逆反应向逆反应移动，升高温度平衡向吸热反应移动，故正反应为放热反应，故A正确；
B、反应为放热反应△H＜0，△G=△H-T△S＜0，反应自发进行，△S＜0，低温下，反应也可以自发进行，故B错误；
C、对于可逆反应：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
开始（mol/L）：0.1       0.2       0
变化（mol/L）：0.05      0.1       0.05
平衡（mol/L）：0.05      0.1       0.05
所以平衡常数k=

0.05

0.05×0．12

=100，故C正确；
D、增大压强，平衡向正反应移动，有利于原料气转化．由表中数据可知，温度越高平衡常数越小，可逆反应向逆反应移动，故升高不利用原料气转化，采取250℃温度，考虑反应速率与催化剂的活性，故D错误；
故选：AC．

点评：本题主要考查了热化学方程式的书写，反应能量的计算、化学反应速率以及平衡状态的判断，化学平衡的有关计算等，题目综合性较强，难度较大，注意知识的积累．