Question

18．（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(yīng)過程和能量關(guān)系如圖1所示[已知：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ/mol]．

請(qǐng)回答下列問題：
①寫出能表示硫的燃燒熱的熱化學(xué)方程式：S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H=-297 KJ•mol^-1．
②△H₂=-78.64 kJ/mol．
③在相同條件下，充入1mol SO₃和0.5mol O₂，則達(dá)到平衡時(shí)SO₃的轉(zhuǎn)化率為20%；此時(shí)該反應(yīng)吸收（填“放出”或“吸收”）19.66 kJ的能量．
（2）中國(guó)政府承諾，到2020年，單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～50%．①有效“減碳”的手段之一是節(jié)能，下列制氫方法最節(jié)能的是C（填序號(hào)）．
A．電解水制氫：2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑
B．高溫使水分解制氫：2H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2H₂+O₂↑
C．太陽(yáng)光催化分解水制氫：2H₂O $\frac{\underline{\;\;\;TiO_{2}\;\;\;}}{太陽(yáng)光}$2H2↑+O₂↑
D．天然氣制氫：CH₄+H₂O（g） $\stackrel{高溫}{?}$CO+3H₂
②CO₂可轉(zhuǎn)化成有機(jī)物實(shí)現(xiàn)碳循環(huán)．在體積為1L的密閉容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，一定條件下反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol，測(cè)得CO₂和CH₃OH（g）濃度隨時(shí)間變化如圖2所示．
從3min到9min，υ（H₂）=0.125 mol/（L•min）．
③能說明上述反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是D（填編號(hào)）．
A．反應(yīng)中CO₂與CH₃OH的物質(zhì)的量濃度之比為1：1（即圖中交叉點(diǎn)）
B．混合氣體的密度不隨時(shí)間的變化而變化
C．3個(gè)H-H鍵斷裂的同時(shí)有4個(gè)C-H鍵斷裂
D．CO₂的體積分?jǐn)?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(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常數(shù)．

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

下列說法正確的是AB．
A．該可逆反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)
B．在T℃時(shí)，1L密閉容器中，投入0.1molCO和0.2molH₂，達(dá)到平衡時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率為50%，則此時(shí)的平衡常數(shù)為100
C．工業(yè)上采用稍高的壓強(qiáng)（5MPa）和250℃，是因?yàn)榇藯l件下，原料氣的轉(zhuǎn)化率最高．

Answer 1

分析 （1）①1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物放出的熱量為燃燒熱，據(jù)此結(jié)合圖象分析；
②根據(jù)熱化學(xué)方程式：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6KJ•mol^-1計(jì)算；
③假設(shè)1molSO₃和0.5molO₂完全轉(zhuǎn)化為SO₂和O₂，與原來(lái)的初始量相同，所以兩次平衡是等效平衡，即平衡時(shí)SO₂為0.2mol，SO₃為0.8mol；當(dāng)反應(yīng)逆向進(jìn)行時(shí)反應(yīng)熱大小不變，符號(hào)相反，根據(jù)物質(zhì)的量之比等于熱量比求算；
（2）①利用太陽(yáng)光催化分解水制氫是最節(jié)能的，能減少電能、天然氣及熱能的利用；
②根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算出v（CH₃OH），然后根據(jù)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比求出v（H₂）；
③在一定條件下，當(dāng)化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不變，由此衍生的一些物理性也不變；
（3）A、由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高平衡常數(shù)越小，可逆反應(yīng)向逆反應(yīng)移動(dòng)，升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動(dòng)；
B、利用三段式計(jì)算出平衡時(shí)平衡混合物各組分的濃度，代入平衡常數(shù)的表達(dá)式計(jì)算；
C、由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高平衡常數(shù)越小，可逆反應(yīng)向逆反應(yīng)移動(dòng)，不利用原料氣轉(zhuǎn)化．

解答 解：（1）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）完全燃燒生成SO₂放出的熱量為297KJ，所以，硫的燃燒熱的熱化學(xué)方程式為：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由圖1可知，參加反應(yīng)的n（SO₂）=1mol-0.2mol=0.8mol，根據(jù)熱化學(xué)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；
故答案為：-78.64；
③假設(shè)1molSO₃和0.5molO₂完全轉(zhuǎn)化為SO₂和O₂，則與原來(lái)的初始量相同，所以兩次平衡是等效平衡，即平衡時(shí)SO₂為0.2mol，SO₃為0.8mol，所以SO₃轉(zhuǎn)化了0.2mol，則達(dá)到平衡時(shí)SO₃的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.2mol}{1mol}$×100%=20%；已知2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6KJ•mol^-1，當(dāng)反應(yīng)逆向進(jìn)行時(shí)反應(yīng)熱大小不變，符號(hào)相反，
所以SO₃轉(zhuǎn)化SO₂時(shí)反應(yīng)吸熱，熱量為196.6KJ×$\frac{0.2mol}{2mol}$=19.66KJ；
故答案為：20%；吸收； 19.66；
（2）①A、消耗電能，不是最節(jié)能的方法，故A錯(cuò)誤；
B、消耗熱能，不是減碳的手段，故B錯(cuò)誤；
C、利用太陽(yáng)光催化分解水制氫是最節(jié)能的，故C正確；
D、天然氣是非再生能源，且不是最節(jié)能的方法，故D錯(cuò)誤；
故答案為：C；
②由圖象可知：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），
故答案為：0.125mol/（L•min）；
③A．由圖可知反應(yīng)中CO₂與CH₃OH的物質(zhì)的量濃度之比為1：1時(shí)，并未達(dá)到平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；
B．因氣體的質(zhì)量不變，容器的體積不變，則無(wú)論是否達(dá)到平衡狀態(tài)，都存在混合氣體的密度不隨時(shí)間的變化而變化，不能判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故B錯(cuò)誤；
C．3個(gè)H-H鍵斷裂的同時(shí)有3個(gè)C-H鍵斷裂說明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，所以當(dāng)3個(gè)H-H鍵斷裂的同時(shí)有4個(gè)C-H鍵斷裂時(shí)該反應(yīng)沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，故C錯(cuò)誤；
D．CO₂的體積分?jǐn)?shù)在混合氣體中保持不變，說明達(dá)到平衡狀態(tài)，故D正確；
故答案為：D．
（3）A、由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高平衡常數(shù)越小，可逆反應(yīng)向逆反應(yīng)移動(dòng)，升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動(dòng)，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故A正確；
B、對(duì)于可逆反應(yīng)：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
開始（mol/L）：0.1 0.2 0
變化（mol/L）：0.05 0.1 0.05
平衡（mol/L）：0.05 0.1 0.05
所以平衡常數(shù)k=$\frac{0.05}{0.05×0．{1}^{2}}$=100，故B正確；
C、增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，有利于原料氣轉(zhuǎn)化．由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高平衡常數(shù)越小，可逆反應(yīng)向逆反應(yīng)移動(dòng)，故升高不利用原料氣轉(zhuǎn)化，采取250℃溫度，考慮反應(yīng)速率與催化劑的活性，故C錯(cuò)誤；
故選：AB．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查了熱化學(xué)方程式的書寫，反應(yīng)能量的計(jì)算、化學(xué)反應(yīng)速率以及平衡狀態(tài)的判斷，化學(xué)平衡的有關(guān)計(jì)算等，題目綜合性較強(qiáng)，難度較大，注意知識(shí)的積累．