Question

13．CO、SO₂是主要的大氣污染氣體，利用化學反應原理是治理污染的重要方法．
Ⅰ．甲醇可以補充和部分替代石油燃料，緩解能源緊張，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
則CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H=-90.1kJ•mol^-1
（2）一定條件下，在溶劑為VL的密閉容器中充入amolCO與2amolH₂合成甲醇，平衡轉化率與溫度、壓強的關系如圖所示．
①P_1＜P₂（填“＞”、“＜”或“=”），理由是甲醇的合成反應是氣體分子數減少的反應，相同溫度下，增大壓強CO的轉化率提高
②該甲醇合成反應在A點的平衡常數K=$\frac{12{V}^{2}}{{a}^{2}}$（用a和V表示）
③該反應達到平衡時，反應物轉化率的關系是：CO=H₂（填“＞”、“＜”或“=”）
Ⅱ．回收SO₂用于工業(yè)催化氧化制硫酸是處理SO₂的方法之一．為了研究外界條件對該反應的影響，將0.05molSO₂（g）和0.03molO₂（g）放入容積為2L的密閉容器中，反應：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₂（g）△H＜0，在一定條件下經5min達到平衡，測得n（SO₃）=0.040mol．
（3）從反應開始至達到平衡，用O₂表示反應速率為0.002mol•L^-1•min^-1
（4）判斷該反應達到平衡狀態(tài)的標志是BC（填字母）
A．SO₂和SO₃濃度相等
B．SO₂百分含量保持不變
C．容器中氣體的壓強不變
D．SO₃的生成速率與SO₂的消耗速率相等
E．容器中混合氣體的密度保持不變
（5）當該反應處于平衡狀態(tài)時，在體積不變的條件下，下列措施有利于提高SO₂平衡轉化率的bdf（填字母）
a．升高溫度
b．降低溫度
c．繼續(xù)通入SO₂
d．繼續(xù)通入O₂
e．加入催化劑
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
根據蓋斯定律，①+2×②-③得：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g），△H=△H₁+2△H₂-△H₃；
（2）①由圖象可知，相同溫度下，P₂壓強下CO轉化率大于P₁壓強下的轉化率，正反應是氣體體積減小的反應，壓強增大平衡正向進行，CO轉化率增大；
②A點CO的轉化率為0.75，則轉化的CO為0.75a mol，則：
             CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol）：a      2a         0
變化量（mol）：0.75a  1.5a       0.75a
平衡量（mol）：0.25a  0.5a       0.75a
再根據平衡常數K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$計算；
③CO和H₂按照物質的量比1：2反應，而開始充入a molCO與2a molH₂也剛好為1：2，所以CO的轉化率等于H₂的轉化率；
Ⅱ．（3）根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（SO₃），再利用速率之比等于其化學計量數之比計算v（O₂）；
（4）可逆反應到達平衡時，同種物質的正逆速率相等且保持不變，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應隨反應進行發(fā)生變化，該物理量由變化到不再變化說明到達平衡；
（5）改變條件提高SO₂平衡轉化率，應使平衡正向移動，但不能只增大二氧化硫的濃度，否則其轉化率會降低．

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
根據蓋斯定律，①+2×②-③得：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g），則△H=△H₁+2△H₂-△H₃=（-283.0-285.8×2+764.5）kJ•mol^-1=-90.1kJ•mol^-1，
故答案為：-90.1；
（2）①由圖象可知，相同溫度下，P₂壓強下一氧化碳轉化率大于P₁壓強下的轉化率，甲醇的合成反應是氣體分子數減少的反應，相同溫度下，增大壓強CO的轉化率提高，所以P₁＜P₂，
故答案為：＜；甲醇的合成反應是氣體分子數減少的反應，相同溫度下，增大壓強CO的轉化率提高；
②A點CO的轉化率為0.75，則轉化的CO為0.75a mol，則：
            CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol）：a     2a        0
變化量（mol）：0.75a 1.5a     0.75a
平衡量（mol）：0.25a 0.5a     0.75a
平衡常數K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{\frac{0.75a}{V}}{\frac{0.25a}{V}×（\frac{0.5a}{V}）^{2}}$=$\frac{12{V}^{2}}{{a}^{2}}$，
故答案為：$\frac{12{V}^{2}}{{a}^{2}}$；
③CO和H₂按照物質的量比1：2反應，而開始充入a molCO與2a molH₂也剛好為1：2，所以CO的轉化率等于H₂的轉化率，
故答案為：=；
Ⅱ．（3）v（SO₃）=$\frac{\frac{0.04mol}{2L}}{5min}$=0.004mol•L^-1•min^-1，速率之比等于其化學計量數之比，則v（O₂）=$\frac{1}{2}$v（SO₃）=0.002mol•L^-1•min^-1，
故答案為：0.002mol•L^-1•min^-1；
（4）A．平衡時SO₂和SO₃濃度關系與二氧化硫轉化率有關，平衡時不一定相等，故A錯誤；
B．SO₂百分含量保持不變，說明反應到達平衡，故B正確；
C．隨反應進行混合氣體物質的量減小，恒溫恒容下壓強減小，容器中氣體的壓強不變，說明反應到達平衡，故C正確；
D．SO₃的生成速率與SO₂的消耗速率相等，均表示正反應速率，反應始終按該比例關系進行，故D錯誤；
E．混合氣體總質量不變，容器容積不變，容器中混合氣體的密度為定值，故E錯誤，
故選：BC；
（5）a．正反應為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，SO₂平衡轉化率減小，故a錯誤；
b．降低溫度，降低溫度平衡正向移動，SO₂平衡轉化率增大，故b正確；
c．繼續(xù)通入SO₂，SO₂平衡轉化率減小，故c錯誤；
d．繼續(xù)通入O₂，平衡正向移動，SO₂平衡轉化率增大，故d正確；
e．加入催化劑，不影響平衡移動，SO₂平衡轉化率不變，故e錯誤；
f．移出SO₃，平衡正向移動，SO₂平衡轉化率增大，故f正確，
故選：bdf．

點評 本題考查化學平衡計算與影響因素、化學平衡圖象、平衡狀態(tài)判斷、反應速率計算、蓋斯定律應用等，較好的考查學生分析能力、知識運用與獲取信息的能力，題目難度中等．