Question

【題目】目前，處理煙氣中SO2常采用兩種方法：液吸法和還原法。

Ⅰ.堿液吸收法

25 ℃時，Kb(NH3·H2O)=1.8×10-5；H2SO3：Ka1=1.5×10-2，Ka2=1.0×10-7；Ksp(CaSO4)=7.1×10-5。第1步：用過量的濃氨水吸收SO2，并在空氣中氧化；第2步：加入石灰水，發(fā)生反應(yīng)Ca2++2OH-+2NH4+ +SO42-CaSO4↓+2NH3·H2O　K。

(1)25 ℃時，0.1 mol/L(NH4)2SO3溶液的pH____(填“>”“<”或“=”)7。

(2)計(jì)算第2步中反應(yīng)的K=___________。

Ⅱ.水煤氣還原法

已知：①2CO(g)+SO2(g)S(l)+2CO2(g)　ΔH1=-37.0 kJ·mol-1，②2H2(g)+SO2(g)S(l)+2H2O(g)　ΔH2=+45.4 kJ/mol，③CO的燃燒熱ΔH3=-283 kJ/mol。

(3)表示液態(tài)硫(S)的燃燒熱的熱化學(xué)方程式為_____________。

(4)反應(yīng)②中，正反應(yīng)活化能E1____(填“>”“<”或“=”)ΔH2。

(5)在一定壓強(qiáng)下，發(fā)生反應(yīng)①。平衡時SO2的轉(zhuǎn)化率α(SO2)與投料比的比值[=y]、溫度T的關(guān)系如圖所示。

比較平衡時CO的轉(zhuǎn)化率α(CO)：N____(填“>”“<”或“=”，下同)M。逆反應(yīng)速率：N___P。

(6)某溫度下，向10 L恒容密閉容器中充入2 mol H2、2 mol CO和2 mol SO2發(fā)生反應(yīng)①、②，第5 min時達(dá)到平衡，測得混合氣體中CO2、H2O(g)的物質(zhì)的量分別為1.6 mol、1.8 mol。

①該溫度下，反應(yīng)②的平衡常數(shù)K為________。

②其他條件不變，在第7 min時縮小容器體積，α(SO2)______(填“增大”“減小”或“不變”)。

Answer 1

【答案】> 4.3×1013 S(l)+O2(g)=SO2(g) ΔH=-529kJ/mol > > < 2700 增大

【解析】

(1)由于Kb(NH3H2O)=1.8×10-5＞Ka2(H2SO3)=1.0×10-7，由鹽的水解規(guī)律：“誰弱誰水解，誰強(qiáng)顯誰性”可知，(NH4)2SO3溶液呈堿性，pH>7；

(2)第2步：加入石灰水，發(fā)生反應(yīng)Ca2++2OH-+2NH4+ +SO42-CaSO4↓+2NH3·H2O　化學(xué)平衡常數(shù)K=4.3×1013；

(3)①2CO(g)+SO2(g)S(l)+2CO2(g)△H1=-37.0kJ/mol，

②2H2(g)+SO2(g)=S(l)+2H2O(g) △H2=+45.4kJ/mol，

CO的燃燒熱△H3=-283kJ/mol，即③CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H3=-283kJ/mol，③×2-①，S(l)+O2(g)=SO2(g) △H=2△H3-△H1=-529kJ/mol；

(4)反應(yīng)②的正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，正反應(yīng)活化能E1-E2=ΔH2>0，E1=E2+ΔH2，由于E2>0，所以E1>ΔH2；

(5)分析圖象，當(dāng)控制物料比相同時，T1溫度下的轉(zhuǎn)化率高于T2溫度下的轉(zhuǎn)化率，考慮到反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，溫度升高有利于提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，則溫度關(guān)系應(yīng)為：T1＞T2；

①N點(diǎn)和M點(diǎn)時SO2的轉(zhuǎn)化率相同，溫度M點(diǎn)高于N點(diǎn)，升高溫度有利于提高轉(zhuǎn)化率，同時對于反應(yīng)①來說，增加其中一種反應(yīng)物的量可使另一反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率提高，而該物質(zhì)本身的轉(zhuǎn)化率降低，轉(zhuǎn)化率已經(jīng)可以由溫度控制，為使二者SO2轉(zhuǎn)化率相等，則需要控制N點(diǎn)CO的量少于M點(diǎn)CO的量，則轉(zhuǎn)化率：N>M；

②溫度T1＞T2，溫度越高，化學(xué)反應(yīng)速率越大，則逆反應(yīng)速率：N<P；

(6)① 對于2CO(g)+SO2(g)S(l)+2CO2(g)

c(開始) 0.2 0.2 0

c(平衡) 0.04 0.12 0.16

對于反應(yīng)2H2(g)+SO2(g)S(l)+2H2O(g)

c(開始) 0.2 0.12 0

c(平衡) 0.02 0.03 0.18

所以反應(yīng)②的化學(xué)平衡常數(shù)K=

②其他條件不變，在第7 min時縮小容器體積，也就使容器的壓強(qiáng)增大，由于兩個反應(yīng)的正反應(yīng)都是氣體體積減小的反應(yīng)，所以縮小體積，容器的壓強(qiáng)增大，化學(xué)平衡正向移動，α(SO2)增大。