Question

煤炭燃燒過程中會釋放出大量的SO₂，嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境。采用一定的脫硫技術(shù)可以把硫元素以CaSO₄的形式固定，從而降低SO₂的排放。但是煤炭燃燒過程中產(chǎn)生的CO又會與CaSO₄發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，降低脫硫效率。相關(guān)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下：

CaSO₄(s)＋CO(g)CaO(s) ＋ SO₂(g) ＋ CO₂(g)　ΔH₁＝218.4 kJ·mol^－1(反應(yīng)Ⅰ)

CaSO₄(s)＋4CO(g)CaS(s) ＋ 4CO₂(g)　ΔH₂＝－175.6 kJ·mol^－1(反應(yīng)Ⅱ)

請回答下列問題：

(1)反應(yīng)Ⅰ能夠自發(fā)進行的反應(yīng)條件是________。

(2)對于氣體參與的反應(yīng)，表示平衡常數(shù)K_p時用氣體組分(B)的平衡壓強p(B)代替該氣體物質(zhì)的量的濃度c(B)，則反應(yīng)Ⅱ的K_p＝________(用表達(dá)式表示)。

(3)假設(shè)某溫度下，反應(yīng)Ⅰ的速率(v₁ )大于反應(yīng)Ⅱ的速率(v₂ )，則下列反應(yīng)過程能量變化示意圖正確的是________。

(4)通過監(jiān)測反應(yīng)體系中氣體濃度的變化可判斷反應(yīng)Ⅰ和Ⅱ是否同時發(fā)生，理由是____________________________________________________________________。

　　　　　　　              　A　　　　　　B

　　　　　　　               　C　　　　　　D

(5)圖(a)為實驗測得不同溫度下反應(yīng)體系中CO初始體積百分?jǐn)?shù)與平衡時固體產(chǎn)物中CaS質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的關(guān)系曲線。則降低該反應(yīng)體系中SO₂生成量的措施有________。

A．向該反應(yīng)體系中投入石灰石

B．在合適的溫度區(qū)間控制較低的反應(yīng)溫度

C．提高CO的初始體積百分?jǐn)?shù)

D．提高反應(yīng)體系的溫度

(6)恒溫恒容條件下，假設(shè)反應(yīng)Ⅰ和Ⅱ同時發(fā)生，且v₁>v₂，請在圖(b)畫出反應(yīng)體系中c(SO₂)隨時間t變化的總趨勢圖。

　

　　　　　(a)　　　　　　　　　　　　(b)

Answer 1

(1)高溫　(2　(3)C

(4)如果氣相中SO₂和CO₂兩種氣體的濃度之比隨時間發(fā)生變化，則表明兩個反應(yīng)同時發(fā)生

(5)A、B、C

(6)

[解析] (1)反應(yīng)Ⅰ是一個熵增焓增的反應(yīng)，由ΔG＝ΔH －TΔS知，只有在高溫下反應(yīng)Ⅰ的ΔG才有可能小于0，反應(yīng)才具有自發(fā)性。(3)由于反應(yīng)Ⅰ是吸熱反應(yīng)，故反應(yīng)Ⅰ生成物所具有的能量高于反應(yīng)物，A、D項排除；反應(yīng)Ⅰ的速率(v₁)大于反應(yīng)Ⅱ的速率(v₂)，說明反應(yīng)Ⅰ的活化分子百分?jǐn)?shù)比較大、活化能低于反應(yīng)Ⅱ，反應(yīng)Ⅰ的中間產(chǎn)物所具有的能量低，B排除。(4)因反應(yīng)Ⅱ中沒有SO₂生成，故若監(jiān)測過程中，SO₂、CO₂濃度比保持不變，說明只發(fā)生反應(yīng)Ⅰ，若發(fā)生變化，則說明反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ同時進行。(5)加入的石灰石分解可生成CO₂，這有利于兩個反應(yīng)的平衡向左進行，從而可減少SO₂的生成，A項可行；由圖像知，初始的CO濃度越大、溫度低些時，CaS的含量越高，依硫守恒知，此條件下生成的SO₂較少，B、C項可行，D項不可行。(6)因反應(yīng)Ⅰ的速率大于反應(yīng)Ⅱ的速率，故開始時體系內(nèi)c(SO₂)是快速增大的，隨著第Ⅱ個反應(yīng)中生成的CO₂的增加，SO₂的百分含量又會降低，當(dāng)達(dá)到平衡時其百分含量會保持不變，由此可繪制出相應(yīng)的圖像。