Question

13．CO、SO₂是主要的大气污染气体，利用化学反应原理是治理污染的重要方法．
Ⅰ．甲醇可以补充和部分替代石油燃料，缓解能源紧张，利用CO可以合成甲醇．
（1）已知：CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H₁=-283.0kJ/mol
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O（g）═H₂O（l）△H₂=-285.8kJkJ/mol
CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H₃=-764.5kJ•mol^-1
则CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H=-90.1kJ•mol^-1
（2）一定条件下，在溶剂为VL的密闭容器中充入amolCO与2amolH₂合成甲醇，平衡转化率与温度、压强的关系如图所示．
①P_1＜P₂（填“＞”、“＜”或“=”），理由是甲醇的合成反应是气体分子数减少的反应，相同温度下，增大压强CO的转化率提高
②该甲醇合成反应在A点的平衡常数K=$\frac{12{V}^{2}}{{a}^{2}}$（用a和V表示）
③该反应达到平衡时，反应物转化率的关系是：CO=H₂（填“＞”、“＜”或“=”）
Ⅱ．回收SO₂用于工业催化氧化制硫酸是处理SO₂的方法之一．为了研究外界条件对该反应的影响，将0.05molSO₂（g）和0.03molO₂（g）放入容积为2L的密闭容器中，反应：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₂（g）△H＜0，在一定条件下经5min达到平衡，测得n（SO₃）=0.040mol．
（3）从反应开始至达到平衡，用O₂表示反应速率为0.002mol•L^-1•min^-1
（4）判断该反应达到平衡状态的标志是BC（填字母）
A．SO₂和SO₃浓度相等
B．SO₂百分含量保持不变
C．容器中气体的压强不变
D．SO₃的生成速率与SO₂的消耗速率相等
E．容器中混合气体的密度保持不变
（5）当该反应处于平衡状态时，在体积不变的条件下，下列措施有利于提高SO₂平衡转化率的bdf（填字母）
a．升高温度
b．降低温度
c．继续通入SO₂
d．继续通入O₂
e．加入催化剂
f．移出SO₃．

Answer 1

分析 I（1）已知：①．CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H₁=-283.0kJ/mol
②．H₂（g）+$\frac{1}{2}$O（g）═H₂O（l）△H₂=-285.8kJkJ/mol
③．CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H₃=-764.5kJ•mol^-1
根据盖斯定律，①+2×②-③得：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g），△H=△H₁+2△H₂-△H₃；
（2）①由图象可知，相同温度下，P₂压强下CO转化率大于P₁压强下的转化率，正反应是气体体积减小的反应，压强增大平衡正向进行，CO转化率增大；
②A点CO的转化率为0.75，则转化的CO为0.75a mol，则：
             CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol）：a      2a         0
变化量（mol）：0.75a  1.5a       0.75a
平衡量（mol）：0.25a  0.5a       0.75a
再根据平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$计算；
③CO和H₂按照物质的量比1：2反应，而开始充入a molCO与2a molH₂也刚好为1：2，所以CO的转化率等于H₂的转化率；
Ⅱ．（3）根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（SO₃），再利用速率之比等于其化学计量数之比计算v（O₂）；
（4）可逆反应到达平衡时，同种物质的正逆速率相等且保持不变，各组分的浓度、含量保持不变，由此衍生的其它一些量不变，判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不再变化说明到达平衡；
（5）改变条件提高SO₂平衡转化率，应使平衡正向移动，但不能只增大二氧化硫的浓度，否则其转化率会降低．

解答 解：I（1）已知：①．CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H₁=-283.0kJ/mol
②．H₂（g）+$\frac{1}{2}$O（g）═H₂O（l）△H₂=-285.8kJkJ/mol
③．CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H₃=-764.5kJ•mol^-1
根据盖斯定律，①+2×②-③得：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g），则△H=△H₁+2△H₂-△H₃=（-283.0-285.8×2+764.5）kJ•mol^-1=-90.1kJ•mol^-1，
故答案为：-90.1；
（2）①由图象可知，相同温度下，P₂压强下一氧化碳转化率大于P₁压强下的转化率，甲醇的合成反应是气体分子数减少的反应，相同温度下，增大压强CO的转化率提高，所以P₁＜P₂，
故答案为：＜；甲醇的合成反应是气体分子数减少的反应，相同温度下，增大压强CO的转化率提高；
②A点CO的转化率为0.75，则转化的CO为0.75a mol，则：
            CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol）：a     2a        0
变化量（mol）：0.75a 1.5a     0.75a
平衡量（mol）：0.25a 0.5a     0.75a
平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{\frac{0.75a}{V}}{\frac{0.25a}{V}×（\frac{0.5a}{V}）^{2}}$=$\frac{12{V}^{2}}{{a}^{2}}$，
故答案为：$\frac{12{V}^{2}}{{a}^{2}}$；
③CO和H₂按照物质的量比1：2反应，而开始充入a molCO与2a molH₂也刚好为1：2，所以CO的转化率等于H₂的转化率，
故答案为：=；
Ⅱ．（3）v（SO₃）=$\frac{\frac{0.04mol}{2L}}{5min}$=0.004mol•L^-1•min^-1，速率之比等于其化学计量数之比，则v（O₂）=$\frac{1}{2}$v（SO₃）=0.002mol•L^-1•min^-1，
故答案为：0.002mol•L^-1•min^-1；
（4）A．平衡时SO₂和SO₃浓度关系与二氧化硫转化率有关，平衡时不一定相等，故A错误；
B．SO₂百分含量保持不变，说明反应到达平衡，故B正确；
C．随反应进行混合气体物质的量减小，恒温恒容下压强减小，容器中气体的压强不变，说明反应到达平衡，故C正确；
D．SO₃的生成速率与SO₂的消耗速率相等，均表示正反应速率，反应始终按该比例关系进行，故D错误；
E．混合气体总质量不变，容器容积不变，容器中混合气体的密度为定值，故E错误，
故选：BC；
（5）a．正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，SO₂平衡转化率减小，故a错误；
b．降低温度，降低温度平衡正向移动，SO₂平衡转化率增大，故b正确；
c．继续通入SO₂，SO₂平衡转化率减小，故c错误；
d．继续通入O₂，平衡正向移动，SO₂平衡转化率增大，故d正确；
e．加入催化剂，不影响平衡移动，SO₂平衡转化率不变，故e错误；
f．移出SO₃，平衡正向移动，SO₂平衡转化率增大，故f正确，
故选：bdf．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、化学平衡图象、平衡状态判断、反应速率计算、盖斯定律应用等，较好的考查学生分析能力、知识运用与获取信息的能力，题目难度中等．