Question

【題目】目前，燃煤脫硫是科研工作者研究的重要課題之一，主要脫硫方法有以下幾種：

Ⅰ．石灰法原理為：2CaO(s)+2SO2(g)+O2(g)2CaSO4(s)

（1）T1℃時，向10L恒容密閉容器中加入3molCaO(s)，并通入2molSO2(g)和1molO2(g)發(fā)生上述反應(yīng)，2min時達平衡，此時CaSO4(s)為1.8mol。0~2min內(nèi)，用SO2(g)表示的該反應(yīng)的速率v(SO2)=__________________________。

Ⅱ．催化氧化法

活性炭催化氧化法是基于活性良好的物理吸附和化學(xué)吸附作用，其反應(yīng)機理為：

O2+2C→2C—O；SO2+C→C—SO2；C—SO2+C—O→C—SO3+C；

C—SO3+H2O→C—H2SO4；C—H2SO4→H2SO4+C。

（2）整個過程中總的化學(xué)反應(yīng)方程式為__________________________________________。

（3）活性炭在反應(yīng)過程中作催化劑，改變了_____________（填選項字母）。

A．反應(yīng)速率 B．反應(yīng)限度 C．反應(yīng)焓變 D．反應(yīng)路徑 E．反應(yīng)活化能

Ⅲ．CO還原法原理為2CO(g)+SO2(g)S(g)+2CO2(g) ΔH

已知：S(g)+O2(g)=SO2(g) ΔH1=-574.0kJ·mol-1；CO燃燒熱為283.0kJ·mol-1。

（4）起始溫度為T2℃時，分別在三個容積均為10L的絕熱密閉容器中，發(fā)生反應(yīng)2CO(g)+SO2(g)S(g)+2CO2(g)，測得相關(guān)數(shù)據(jù)如下表所示。

容器	起始時物質(zhì)的量/mol				平衡時CO2(g)的物質(zhì)的量/mol
	CO(g)	SO2(g)	S(g)	CO2(g)
甲	1	0.5	0.5	0	A
乙	1	0.5	0	0	0.8
丙	2	1	0	0	b

①容器乙達到平衡后，保持其他條件不變，再向其中充入CO(g)、 SO2(g)、S(g)、CO2(g)各1mol，此時v(正)__________ v(逆)。（填“＞”、“＜”或“=”)。

②下列判斷正確的是________________（填選項字母）。

A．b=1.6 B．平衡常數(shù)甲＞乙 C．達到平衡的時間：丙＜乙

Answer 1

【答案】0.09mol·L-1·min-1 2SO2 + O2 + 2H2O = 2H2SO4 A、D、E ＞ BC

【解析】

I、(1)根據(jù)反應(yīng)2CaO(s)+2SO2(g)+O2(g)2CaSO4(s)可知生成1.8molCaSO4，要消耗1.8mol SO2，則2min內(nèi)SO2濃度變化量==0.18mol/L，用SO2(g)表示的該反應(yīng)速率==0.09mol/(L·min)。

II、(2)已知①O2 +2C→2C—O；②SO2 +C→C—SO2；③C—SO2 + C—O→C—SO3 + C；④C—SO3+H2O→ C—H2SO4；⑤C—H2SO4→H2SO4 + C。將[①+②+③+④+⑤]2得2SO2 + O2 + 2H2O2H2SO4。

(3)催化劑能夠減小反應(yīng)的活化能，從而改變反應(yīng)速率，催化劑參與反應(yīng)而改變反應(yīng)路徑，由此解答。

III、(4)已知：CO燃燒熱為283.0 kJ·mol-1，有熱化學(xué)方程式：①2CO(g)+O2(g)=2CO2(g), ΔH=-566.0kJ/mol；②S(g)+O2(g)=SO2(g),ΔH1=-574.0 kJ·mol-1，根據(jù)蓋斯定律將①－②得2CO(g)+SO2(g)S(g)+2CO2(g) ,ΔH=-566.0kJ/mol-(-574.0kJ/mol)=+8kJ/mol；即2CO(g)+SO2(g)S(g)+2CO2(g) ,ΔH=+8kJ/mol。①因為容器乙溫度不變，所以平衡常數(shù)不變，再向容器中充入CO(g)、 SO2(g)、S(g)、CO2(g)各1mol，計算其濃度商Q=再與平衡常數(shù)比較解答。②A.假定容器乙與容器丙相同溫度和體積，因容器丙初始物質(zhì)的量是容器乙初始物質(zhì)的量的2倍，故容器丙反應(yīng)相對于容器乙反應(yīng)等效于加壓，再考慮實際是在絕熱條件下，比較容器丙的溫度與容器乙的溫度高低來作答。B.假定容器甲、乙處于恒溫恒容下，從表格初始投料看，容器甲達到的平衡相當于在容器乙平衡中再加入0.5molS(g)，容器甲平衡向逆反應(yīng)方向移動，故容器甲反應(yīng)吸收的熱量比容器乙少，但容器甲、乙實際處于絕熱條件下，再比較容器甲與容器乙的溫度高低，根據(jù)平衡常數(shù)與溫度有關(guān)分析。C.假定在恒溫恒容下，乙、丙兩容器達到的平衡互為等效平衡，容器丙吸收的熱量是容器乙的2倍，容器丙中各組分的濃度是容器乙中對應(yīng)組分濃度的2倍，且容器丙比容器乙多吸收的熱量=×8kJ/mol×0.8mol=3.2kJ。而實際是在絕熱條件下，此時濃度對反應(yīng)速率的影響超過了溫度對反應(yīng)速率的影響，故容器丙的反應(yīng)速率比容器乙的反應(yīng)速率大，反應(yīng)速率越大達到平衡的時間越小，由此分析。

I、(1)根據(jù)反應(yīng)2CaO(s)+2SO2(g)+O2(g)2CaSO4(s)可知生成1.8molCaSO4，要消耗1.8mol SO2，則2min內(nèi)SO2濃度變化量==0.18mol/L，用SO2(g)表示的該反應(yīng)速率==0.09mol/(L·min)。

II、(2)已知①O2 +2C→2C—O；②SO2 +C→C—SO2；③C—SO2 + C—O→C—SO3 + C；④C—SO3+H2O→ C—H2SO4；⑤C—H2SO4→H2SO4 + C。將[①+②+③+④+⑤]2消除中間物，得2SO2 + O2 + 2H2O2H2SO4，整個過程中總的化學(xué)方程式為2SO2 + O2 + 2H2O2H2SO4。

(3)催化劑能夠減小反應(yīng)的活化能，提高活化分子百分數(shù)，從而改變反應(yīng)速率；催化劑參與化學(xué)反應(yīng)而改變反應(yīng)路徑；但催化劑不影響平衡移動，所以不改變反應(yīng)限度；催化劑不能改變反應(yīng)物和生成物具有的能量，故不改變反應(yīng)焓變，答案選ADE。

III、(4)已知CO燃燒熱為283.0 kJ·mol-1，有熱化學(xué)方程式：①2CO(g)+O2(g)=2CO2(g), ΔH=-566.0kJ/mol；②S(g)+O2(g)=SO2(g),ΔH1=-574.0 kJ·mol-1，根據(jù)蓋斯定律將①－②得2CO(g)+SO2(g)S(g)+2CO2(g),ΔH=-566.0kJ/mol-(-574.0kJ/mol)=+8kJ/mol；即2CO(g)+SO2(g)S(g)+2CO2(g) ,ΔH=+8kJ/mol。

①根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知容器乙達到平衡時生成0.8molCO2，由方程式2CO(g)+SO2(g)S(g)+2CO2(g)計量關(guān)系計算得平衡時：S(g)物質(zhì)的量= 0.4mol、SO2物質(zhì)的量=0.5mol-0.8mol×=0.1mol、CO的物質(zhì)的量=1mol-0.8mol=0.2mol，此溫度下平衡常數(shù)K=== 64。保持溫度不變再充入CO(g)、 SO2(g)、S(g)、CO2(g)各1mol，其濃度商Q===<K=64，說明平衡向正反應(yīng)方向進行，即此時v(正)>v(逆)。

②A.假定容器乙與容器丙相同溫度和體積，因容器丙初始物質(zhì)的量是容器乙初始物質(zhì)的量的2倍，故容器丙反應(yīng)相對于容器乙反應(yīng)等效于加壓，而反應(yīng)2CO(g)+SO2(g)S(g)+2CO2(g) ,ΔH=+8kJ/mol前后氣體分子數(shù)目不變，該反應(yīng)加壓平衡不移動，故平衡時容器丙中CO2物質(zhì)的量是容器乙中CO2物質(zhì)的量的2倍即為1.6mol，吸收的熱量也是容器乙的2倍。但是，實際是絕熱條件下，容器與環(huán)境不發(fā)生熱量交換，容器丙的溫度比容器乙低，降溫該反應(yīng)向逆反應(yīng)方向移動，所以容器丙中生成物CO2的量將要減少，所以b<1.6，A項錯誤；B.假定容器甲、乙處于恒溫恒容下，從表格初始投料看，容器甲達到的平衡相當于在容器乙平衡中再加入0.5molS(g)，容器甲平衡向逆反應(yīng)方向移動，故容器甲反應(yīng)吸收的熱量比容器乙少，但是，容器甲、乙實際處于絕熱條件下，故容器甲溫度比容器乙溫度要高，平衡常數(shù)與溫度有關(guān)，又該反應(yīng)正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升溫平衡向正反應(yīng)方向移動，所以平衡常數(shù)甲>乙，B項正確；C.根據(jù)A項分析可知假定在恒溫恒容下，乙、丙兩容器達到的平衡互為等效平衡，容器丙吸收的熱量是容器乙的2倍，容器丙中各組分的濃度是容器乙中對應(yīng)組分濃度的2倍，且容器丙比容器乙多吸收的熱量=×8kJ/mol×0.8mol=3.2kJ。而實際是在絕熱條件下，容器丙多吸收的3.2kJ熱量對容器丙溫度降低不大，而容器丙中各組分的濃度是容器乙的2倍，此時濃度對反應(yīng)速率的影響超過了溫度對反應(yīng)速率的影響，故容器丙的反應(yīng)速率比容器乙的反應(yīng)速率大，達到平衡的時間丙<乙，C項正確；答案選BC。