Question

2．（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：S（s）+O2（g）═SO2（g）△H=-297 KJ•mol-1．
②在相同条件下，充入1mol SO₃和0.5mol 的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”）19.66KJ的能量．
（2）①CO₂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1molCO₂和3molH₂，一定条件下反应：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1，测得CO₂和CH₃OH（g）浓度随时间变化如图所示．从3min到9min，v（H₂）=0.125mol•L^-1•min^-1．

②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．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ABC．

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）①根据燃烧热的概念：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；
②根据化学平衡常数K计算出平衡时SO₃的转化率=$\frac{物质转化量}{物质起始量}$×100%；根据2SO2（g）+O2（g）?2SO3（g）△H=-196.6kJ•mol-1计算；
（2）①根据图象得到3min-69min内二氧化碳的转化量，计算得氢气的转化量，再由v=$\frac{△c}{△t}$计算速率；
②根据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，由此衍生的物理量不变；
（3）A、依据平衡常数随温度变化和平衡移动原理分析判断；
B、根据△G=△H-T△S＜0自发，△G=△H-T△S＞0非自发判断；
C、结合平衡三段式列式计算，平衡常数等于生成物平衡浓度幂次方乘积除以反应物平衡浓度幂次方乘积；
D、此条件是催化剂活性最大，升温平衡逆向进行；

解答 解：（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）完全燃烧放出的热量为297KJ，所以，硫的燃烧热的热化学方程式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）根据图象所给的信息可知，反应2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）的平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）•c（{O}_{2}）}$=$\frac{0．{8}^{2}}{0．{2}^{2}×0.6}$=$\frac{80}{3}$，在相同条件下，充入1molSO₃和0.5molO₂，设反应达到平衡时SO₃转化了Xmol，则有：
          2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
初始：0           0.5mol/L     1mol/L
变化：Xmol/L    0.5Xmol/L    Xmol/L     
平衡：Xmol/L （0.5+0.5X）mol/L  （1-X）mol/L
根据温度不变，平衡常数K的值不变可知：K=$\frac{（1-X）^{2}}{{X}^{2}•（0.5+0.5X）}$=$\frac{80}{3}$解得：X=0.2mol，故反应达到平衡时SO₃的转化率为$\frac{0.2mol}{1mol}×100%$=20%；三氧化硫消耗，说明反应从（1）的逆方向开始，故吸热；由热化学方程式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的热量，则0.2molSO₃分解吸收的热量Q=98.3KJ×0.2=19.66KJ；
故答案为：20%；吸收；19.66；
（2）①由图象可知，3min-09min内二氧化碳浓度减少了0.25mol/L，则该时间段内氢气的浓度减少3×0.25mol/L=0.75mol/L，则v（H₂）=$\frac{0.75mol/L}{6min}$=0.125mol/L；
故答案为：0.125；
②A．反应中CO₂与CH₃OH的物质的量浓度之比为1：1时，没有达到平衡状态，故A错误；
B．由于气体的总质量不变，容器的体积不变，则无论是否达到平衡状态，气体的密度都不变，故B错误；
C．化学反应速率之比等于化学计量数之比，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．
故答案为：D；
（3）A、依据平衡常数随温度变化和平衡移动原理分析判断，随温度升高平衡常数减小，正反应为放热反应，故A正确；
B、由A得正反应为放热反应，△H＜0，根据△G=△H-T△S＜0自发，△G=△H-T△S＞0非自发，又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
，故B正确；
C、结合平衡三段式列式计算，平衡常数等于生成物平衡浓度幂次方乘积除以反应物平衡浓度幂次方乘积，
                          CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol/L）  0.1          0.2                0
变化量（mol/L）  0.1×50%  0.1              0.05
平衡量（mol/L） 0.05        0.1              0.05
平衡常数K=$\frac{0.05}{0.05×0．{1}^{2}}$=100，故C正确；
D、升温平衡逆向进行，此条件是催化剂活性最大，不是原料气的转化率高，故D错误；
故选ABC．

点评 本题既考查了燃烧热的概念、化学反应速率计算，平衡状态的判断应用，平衡常数K的应用，掌握基础是关键，综合性较强，难度适中．