Question

【題目】硫的氧化物是形成酸雨的罪魁禍首，含硫煙氣(主要成分為SO2)的處理備受關注，主要有以下兩種方法。請回答下列問題：

Ⅰ.堿液吸收法

步驟1：用足量氨水吸收SO2。

步驟2：再加入熟石灰，發(fā)生反應2NH＋Ca2＋＋2OH－＋SO===CaSO3↓＋2NH3·H2O。

(1)已知：25 ℃時，Kb(NH3·H2O)＝a；Ksp(CaSO3)＝b。該溫度下，步驟2中反應的平衡常數(shù)K＝__________(用含a、b的代數(shù)式表示)。

Ⅱ.水煤氣還原法

已知：ⅰ.2CO(g)＋SO2(g) S(l)＋2CO2(g)　 ΔH1＝－37.0 kJ·mol－1

ⅱ.2H2(g)＋SO2(g) S(l)＋2H2O(g)　 ΔH2＝＋45.4 kJ·mol－1

(2)寫出CO(g)與H2O(g)反應生成CO2(g) 、H2(g)的熱化學方程式為_______________。

若該反應在絕熱、恒容體系中進行，達到平衡的標志___________。

A.氫氧鍵的斷裂速率等于氫氫鍵的斷裂速率

B.混合氣體的平均摩爾質量保持不變

C.混合氣體的總壓強保持不變

D. H2O(g) 與H2(g)的體積比保持不變

(3)反應ⅱ的正反應的活化能E________(填“>”“<”或“＝”)ΔH2。

(4)在一定壓強下，發(fā)生反應ⅱ。平衡時，α(SO2) （二氧化硫的轉化率）與原料氣投料比[]和溫度(T)的關系如圖所示。

①α(H2)：M________(填“>”“<”或“＝”)N。

②逆反應速率：M________(填“>”“<”或“＝”)Q。

(5)T ℃，向10 L恒容密閉容器中充入2 mol CO(g)、2 mol SO2(g)和2 mol H2(g)，發(fā)生反應ⅰ和反應ⅱ。5 min達到平衡時，CO2(g)和H2O(g)的物質的量分別為1.6 mol、1.8 mol。

①該溫度下，反應ⅱ的平衡常數(shù)K＝________。

②其他條件不變，6 min時縮小容器容積。α(SO2)__________(填“增大”“減小”或“不變”)，原因為_____________________________________________________________。

Answer 1

【答案】 CO(g)＋H2O(g) H2(g)＋CO2(g) ΔH1＝－41.2kJ·mol－1 C D > > > 2 700 增大 反應ⅰ和反應ⅱ均為氣體分子總數(shù)減小的反應，只縮小容器容積，平衡均向右移動，SO2的轉化率增大

【解析】(1)寫出該反應的平衡常數(shù)為K=c2(NH3·H2O)×c(CaSO3)/c2(NH)×c(Ca2+)×c2(OH－) ×c(SO)，利用Kb(NH3·H2O)＝a；Ksp(CaSO3)＝b條件，既可以得到K的表達式。

(2)根據蓋斯定律得出CO(g)＋H2O(g) H2(g)＋CO2(g) ΔH1＝－41.2kJ·mol－1；根據變量不變判斷反應達平衡狀態(tài)。注意該題的條件為絕熱、恒容體系中進行，所以根據氣態(tài)方程：PV=nRT,當V、n保持不變時，壓強與溫度成正比，因為該反應在絕熱、恒容體系中進行，當溫度不變時，體系的壓強不在發(fā)生變化，反應達到平衡狀態(tài)。

（3）根據反應熱等于正反應活化能減去逆反應活化能，E（正）- E（逆）=ΔH2＝＋45.4進行分析判斷。

(4) ①根據圖像可知，當α(SO2)一定時，比值越大，氫氣的轉化率就越大。

②根據圖像判斷出該反應為吸熱反應，T1>T2，溫度越高，反應速率越快。

（5）根據題給的起始量和平衡量，結合兩個反應關系，可以計算出反應ⅱ的平衡常數(shù)K。

Ⅰ.（1）25 ℃時，Kb(NH3·H2O)＝c(OH－)×c(NH)/c(NH3·H2O)=a2；Ksp(CaSO3)＝c(SO)×c(Ca2+)/c(CaSO3)=b；根據反應2NH＋Ca2＋＋2OH－＋SO===CaSO3↓＋2NH3·H2O可知該反應的平衡常數(shù)為K=c2(NH3·H2O)×c(CaSO3)/c2(NH)×c(Ca2+)×c2(OH－) ×c(SO)=1/Kb2 Ksp=1/ba2；正確答案：1/ba2。

Ⅱ.(2)根據蓋斯定律：反應（ⅰ-ⅱ）×1/2，可以得到CO(g)＋H2O(g) H2(g)＋CO2(g) ΔH1＝－41.2kJ·mol－1 ；斷裂氫氧鍵速率是斷裂氫氫鍵速率的2倍，說明正逆反應速率相等，達到了平衡狀態(tài)，A錯誤；反應前后混合氣體的總質量不變，反應前后混合氣體的總量不變，因此混合氣體的平均摩爾質量恒為定值，不能判斷反應達到平衡狀態(tài)，B錯誤；根據氣態(tài)方程：PV=nRT,當V、n保持不變時，壓強與溫度成正比，因為該反應在絕熱、恒容體系中進行，當體系內溫度不變時，體系的壓強不再發(fā)生變化，反應達到平衡狀態(tài)，C正確；H2O(g)為反應物不斷被消耗，H2(g)為生成物，不斷增多，當二者體積比保持不變時，即物質的濃度保持不變，反應達到平衡狀態(tài)，D正確；正確答案：CD。

(3)反應ⅱ為：2H2(g)＋SO2(g) S(l)＋2H2O(g)　ΔH2＝＋45.4 kJ·mol－1，反應熱等于正反應活化能減去逆反應活化能，E（正）- E（逆）=ΔH2＝＋45.4，E（正）=E（逆）＋45.4，所以反應ⅱ的正反應的活化能E>ΔH2；正確答案：>。

(4) ①根據圖像可知，當α(SO2)一定時，比值越大，氫氣的轉化率就越大α(H2)：M> N；正確答案：>。

②該反應為吸熱反應，升高溫度，平衡右移，反應物轉化率增大；根據圖像，相同，條件下，T1 時α(SO2)的大于 T2時的α(SO2)，說明T1> T2，溫度越高，反應速率越快，逆反應速率M>Q；正確答案：>。

(5)① ⅰ.2CO(g)＋SO2(g) S(l)＋2CO2(g)　

起始量 2 2 0 0

變化量 1.6 0.8 1.6

平衡量 0.4 1.2 1.6

ⅱ.2H2(g)＋SO2(g) S(l)＋2H2O(g)　

起始量 2 1.2 0

變化量 1.8 0.9 1.8

平衡量 0.2 0.3 1.8

針對反應ⅱ各物質濃度為c(H2)=0.02mol/L, c(SO2)=0.03 mol/L, c(H2O)=0.18 mol/L, 該溫度下，反應ⅱ的平衡常數(shù)K＝c2(H2O)/c2(H2)×c(SO2)，帶入數(shù)值可求出反應ⅱ的平衡常數(shù)=2700；正確答案：2700。

②反應ⅰ和反應ⅱ均為氣體分子總數(shù)減小的反應，只縮小容器容積，平衡均向右移動，SO2的轉化率增大，所以其他條件不變，6 min時縮小容器容積，α(SO2)增大；正確答案：增大；反應ⅰ和反應ⅱ均為氣體分子總數(shù)減小的反應，只縮小容器容積，平衡均向右移動，SO2的轉化率增大。