Question

18．（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]．

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：S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H=-297 KJ•mol^-1．
②△H₂=-78.64 kJ/mol．
③在相同条件下，充入1mol SO₃和0.5mol O₂，则达到平衡时SO₃的转化率为20%；此时该反应吸收（填“放出”或“吸收”）19.66 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C（填序号）．
A．电解水制氢：2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑
B．高温使水分解制氢：2H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2H₂+O₂↑
C．太阳光催化分解水制氢：2H₂O $\frac{\underline{\;\;\;TiO_{2}\;\;\;}}{太阳光}$2H2↑+O₂↑
D．天然气制氢：CH₄+H₂O（g） $\stackrel{高温}{?}$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，测得CO₂和CH₃OH（g）浓度随时间变化如图2所示．
从3min到9min，υ（H₂）=0.125 mol/（L•min）．
③能说明上述反应达到平衡状态的是D（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．3个H-H键断裂的同时有4个C-H键断裂
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．

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

下列说法正确的是AB．
A．该可逆反应的正反应是放热反应
B．在T℃时，1L密闭容器中，投入0.1molCO和0.2molH₂，达到平衡时，CO的转化率为50%，则此时的平衡常数为100
C．工业上采用稍高的压强（5MPa）和250℃，是因为此条件下，原料气的转化率最高．

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=$\frac{△c}{△t}$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；
（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；
B、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；
C、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$\frac{0.2mol}{1mol}$×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×$\frac{0.2mol}{2mol}$=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）=$\frac{0.75mol/L-0.5mol/L}{6min}$=$\frac{0.25}{6}$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．3个H-H键断裂的同时有3个C-H键断裂说明该反应达到平衡状态，所以当3个H-H键断裂的同时有4个C-H键断裂时该反应没有达到平衡状态，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；
故答案为：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、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=$\frac{0.05}{0.05×0．{1}^{2}}$=100，故B正确；
C、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C错误；
故选：AB．

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．