Question

(14分) （1）在恒溫，容積為1 L恒容中，硫可以發生如下轉化，其反應過程和能量關系如圖1所示(已知：2SO₂(g)＋O₂(g) 2SO₃(g)　ΔH＝－196.6 kJ·mol^－1)，請回答下列問題：

①寫出能表示硫的燃燒熱的熱化學方程式：________________________________
______________________________________________________________________。
②ΔH₂＝__________kJ·mol^－1。
③在相同條件下，充入1 mol SO₃和0.5 mol的O₂，則達到平衡時SO₃的轉化率為______________；此時該反應________(填“放出”或“吸收”)________kJ的能量。
（2）中國政府承諾，到2020年，單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～50%。
①有效“減碳”的手段之一是節能，下列制氫方法最節能的是________(填序號)。
A．電解水制氫：2H₂O2H₂↑＋O₂↑
B．高溫使水分解制氫：2H₂O(g)2H₂＋O₂
C．太陽光催化分解水制氫：2H₂O2H₂↑＋O₂↑
D．天然氣制氫：CH₄＋H₂O(g)CO＋3H₂
②CO₂可轉化成有機物實現碳循環。在體積為1 L的密閉容器中，充入1 mol CO₂和3 mol H₂，一定條件下反應：CO₂(g)＋3H₂(g) CH₃OH(g)＋H₂O(g)　ΔH＝－49.0 kJ·mol^－1，測得CO₂和CH₃OH(g)濃度隨時間變化如圖2所示。從3 min到9 min，v(H₂)＝________mol·L^－1·min^－1。

③能說明上述反應達到平衡狀態的是________(填編號)。
A．反應中CO₂與CH₃OH的物質的量濃度之比為1∶1(即
圖中交叉點)
B．混合氣體的密度不隨時間的變化而變化
C．單位時間內消耗3 mol H₂，同時生成1 mol H₂O
D．CO₂的體積分數在混合氣體中保持不變
（3）工業上，CH₃OH也可由CO和H₂合成。參考合成反應CO(g)＋2H₂(g) CH₃OH(g)的平衡常數。下列說法正確的是________。

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

A．該反應正反應是放熱反應
B．該反應在低溫下不能自發進行，高溫下可自發進行，說明該反應ΔS<0
C．在T ℃時，1 L密閉容器中，投入0.1 mol CO和0.2 mol H₂，達到平衡時，CO轉化率為50%，則此時的平衡常數為100
D．工業上采用稍高的壓強(5 MPa)和250 ℃，是因為此條件下，原料氣轉化率最高

Answer 1

（1）①S(s)＋O₂(g)===SO₂(g)　ΔH＝－297 kJ·mol^－1
②－78.64　③20%　吸收　19.66
（2）①C　②0.125　③D
（3）AC

試題分析：（1）S燃燒生成SO₂，所以對應的焓變為ΔH₁，ΔH₂＝－×0.8 mol＝－78.64 kJ·mol^－1。當充入1 mol SO_3,0.5 mol O₂時，相當于充入1 mol SO₂和1 mol O₂，和原平衡等效，所以SO₃的轉化率為(1－)×100%＝20%。此時反應要吸收熱量，其熱量為－78.64 kJ＝19.66 kJ。
（2）①利用太陽光催化分解水制氫最節能。
②v(H₂)＝3v(CO₂)＝3×＝0.125 mol·L^－1·min^－1。
③由于體積不變，密度不能作為達到平衡狀態的標志。
（3）溫度越高，平衡常數越小，所以該反應的正反應為放熱反應，該反應為熵減的放熱反應。C項，在T ℃時，1 L密閉容器中，投入0.1 mol CO和0.2 mol H₂，達到平衡時，CO轉化率為50%，c(CO)=c(CH₃OH)=0.05mol/L，c(H₂)="(0.2-0.1)mol/L=0.1" mol/L，K＝＝100。根據反應特點，溫度越低，壓強越大，原料氣轉化率越高，采取5 MPa和250 ℃，一是考慮速率問題，二是考慮設備問題。