Question

【題目】二氧化硫是危害最為嚴(yán)重的大氣污染物之一，它主要來(lái)自化石燃料的燃燒，研究CO催化還原SO2的適宜條件，在燃煤電廠的煙氣脫硫中具有重要價(jià)值。

Ⅰ.從熱力學(xué)角度研究反應(yīng)

（1）C(s)+O2(g)= CO2(g) ΔH1=-393.5 kJ·mol-1

CO2(g)+C(s)=2CO(g) ΔH2=+172.5kJ·mol-1

S(s) +O2(g)= SO2(g) ΔH3=-296.0kJ·mol-1

請(qǐng)寫(xiě)出CO 還原SO2的熱化學(xué)方程式___________________________________。

（2）對(duì)于CO還原SO2的可逆反應(yīng)，下列說(shuō)法正確的是_____________。

A.在恒溫恒容條件下，若反應(yīng)體系壓強(qiáng)不變，則反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)

B.平衡狀態(tài)時(shí)，2v正(CO)=v逆(SO2)

C.其他條件不變，增加SO2的濃度，CO的平衡轉(zhuǎn)化率增大

D.在恒溫恒壓的容器中，向達(dá)到平衡狀態(tài)的體系中充入N2，SO2的平衡轉(zhuǎn)化率不變

Ⅱ.探究合適的反應(yīng)條件

向反應(yīng)器中通入含3%SO2、6%CO和91%N2的煙氣，用碘量法測(cè)定反應(yīng)前后煙氣中SO2的含量，反應(yīng)溫度區(qū)間均為300℃~500℃。

（1）催化劑和溫度對(duì)反應(yīng)的影響

煙氣流量為0.03 L/min，分別在3種不同催化劑條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖所示。

根據(jù)上圖示結(jié)果，煙氣除硫時(shí)選用最合適催化劑是_____________，反應(yīng)溫度是_______________。

（2）煙氣流速對(duì)反應(yīng)的影響

選用同樣的催化劑，分別在三種煙氣流量情況下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)見(jiàn)下表。

溫度（℃）		300	400	500
SO2轉(zhuǎn)化率	流量0.03 L/min	25.00%	71.40%	65.00%
	流量 0.06 L/min	20%	74.20%	62.60%
	流量0.09 L/min	18%	76.30%	60%

分析上表數(shù)據(jù)，①在300℃時(shí)，SO2的轉(zhuǎn)化率隨煙氣流量變化的關(guān)系是______________，其原因可能是____________；②在400℃時(shí)，SO2的轉(zhuǎn)化率隨煙氣流量增大而增大的原因是___________________。

Ⅲ.工業(yè)上還用Na2SO3溶液吸收SO2，將煙氣通入1.0 mol·L-1的Na2SO3溶液，當(dāng)溶液pH約為6 時(shí)，吸收SO2的能力顯著下降，此時(shí)溶液中c(HSO3-)∶(SO32-)=____________。（已知H2SO3的K1=1.5×10-2、K2=1.0×10-7）

Answer 1

【答案】 2CO(g)+SO2(g)==2CO2(g)+S(s) ΔH=-270.0kJ·mol-1 AC 3#催化劑 400℃ 煙氣流量越大，SO2的轉(zhuǎn)化率越小 300℃時(shí)，催化劑活性不好，反應(yīng)速率慢，煙氣流速越小，氣體和催化劑接觸時(shí)間越長(zhǎng)，SO2轉(zhuǎn)化率越高 400℃時(shí)，催化劑活性好，反應(yīng)速率快，煙氣流速越大，反應(yīng)物濃度越大，反應(yīng)正向進(jìn)行越徹底，SO2 轉(zhuǎn)化率越高 10

【解析】I. (1). 已知 ① C(s)+O2(g)= CO2(g) ΔH1=-393.5 kJ·mol-1、② CO2(g)+C(s)=2CO(g) ΔH2=+172.5kJ·mol-1、③ S(s) +O2(g)= SO2(g) ΔH3=-296.0kJ·mol-1，根據(jù)蓋斯定律，①－②－③得：2CO(g)+SO2(g)=2CO2(g)+S(s) ΔH=-270.0kJ·mol-1，故答案為：2CO(g)+SO2(g)=2CO2(g)+S(s) ΔH=-270.0kJ·mol-1；

(2). A. 2CO(g)+SO2(g)=2CO2(g)+S(s)是反應(yīng)前后氣體體積不相等的可逆反應(yīng)，在恒溫恒容條件下，若反應(yīng)體系壓強(qiáng)不變，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A正確；B. 達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，v正(CO)=2v逆(SO2)，故B錯(cuò)誤；C. 增大SO2的濃度，平衡正向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故C正確；D. 在恒溫恒壓的容器中，向達(dá)到平衡狀態(tài)的體系中充入N2，容器的體積增大，相當(dāng)于減小壓強(qiáng)，平衡逆向移動(dòng)，SO2的平衡轉(zhuǎn)化率減小，故D錯(cuò)誤；答案選：AC；

II. (1). 據(jù)圖可知，使用3#催化劑、在400℃時(shí)，SO2的轉(zhuǎn)化率最大，故答案為：3#催化劑；400℃；

(2). ①.由表中數(shù)據(jù)可知，在300℃時(shí)，煙氣的流量越大，SO2的轉(zhuǎn)化率越小，結(jié)合圖象可知，在300℃時(shí)，催化劑的催化活性較低，所以在此溫度下反應(yīng)速率慢，煙氣的流速越小，氣體和催化劑接觸的時(shí)間越長(zhǎng)，SO2的轉(zhuǎn)化率越高，故答案為：煙氣流量越大，SO2的轉(zhuǎn)化率越小；300℃時(shí)，催化劑活性不好，反應(yīng)速率慢，煙氣流速越小，氣體和催化劑接觸時(shí)間越長(zhǎng)，SO2轉(zhuǎn)化率越高；

②. 據(jù)圖可知，在400℃時(shí)，催化劑活性最好，此溫度下反應(yīng)速率最快，煙氣流速越大，反應(yīng)物濃度越大，反應(yīng)正向進(jìn)行越徹底，SO2的轉(zhuǎn)化率越高，故答案為：400℃時(shí)，催化劑活性好，反應(yīng)速率快，煙氣流速越大，反應(yīng)物濃度越大，反應(yīng)正向進(jìn)行越徹底，SO2 轉(zhuǎn)化率越高；

III. 溶液pH=6，c(H+)=10-6mol/L，H2SO3的二級(jí)電離常數(shù)K2==1.0×10-7，===10，故答案為：10。