Question

6．一定條件下，通過下列反應(yīng)可實(shí)現(xiàn)燃煤煙氣中硫的回收：SO₂（g）+2CO（g）$\stackrel{催化劑}{?}$2CO₂（g）+S（l）
為了測定在某種催化劑作用下的反應(yīng)速率，在某溫度下用超靈敏氣體傳感器測得不同時(shí)間的SO₂和CO濃度如表：

時(shí)間（s）	0	1	2	3	4	5
c（SO2）（mol•L-1）	1.00	0.50	0.23	3.00×10-37	3.00×10-37	3.00×10-37
c（CO）（mol•L-1）	4.00	3.00	2.46	2.00	2.00	2.00

請(qǐng)回答下列問題（均不考慮溫度變化對(duì)催化劑催化效率的影響）：
（1）在上述條件下反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行，則反應(yīng)的△H＜0（填寫“＞”、“＜”、“=”）．
（2）前2s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v（CO₂）=0.77mol/（L•s）．
（3）在該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)K=3.33×10³⁶．
（4）假設(shè)在密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)，下列措施既不會(huì)提高成本，又能提高SO₂轉(zhuǎn)化率的是BC．
A．選用更有效的催化劑               B．提高n（CO）：n（SO₂）投料比
C．降低反應(yīng)體系的溫度               D．縮小容器的體積
（5）為了分別驗(yàn)證不同催化劑、溫度、濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律，某同學(xué)設(shè)計(jì)了四組實(shí)驗(yàn)使反應(yīng)速率依次增大，部分實(shí)驗(yàn)條件已經(jīng)填在下面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表中．

實(shí)驗(yàn) 編號(hào)	T（℃）	SO2初始濃度 （mol•L-1）	CO初始濃度 （mol•L-1）	催化劑
Ⅰ	260	1.00	3.00	Cr2O3
Ⅱ				Fe2O3
Ⅲ	380
Ⅳ			4.00

①請(qǐng)將上述表格中剩余的實(shí)驗(yàn)條件數(shù)據(jù)填入答題卷相應(yīng)位置．
②研究表明：Fe₂O₃的催化效果好于Cr₂O₃．請(qǐng)?jiān)诖痤}卷相應(yīng)位置畫出上表中的四個(gè)實(shí)驗(yàn)條件下混合氣體中SO₂濃度隨時(shí)間變化的趨勢曲線圖，并標(biāo)明各實(shí)驗(yàn)編號(hào)．

Answer 1

分析 （1）正反應(yīng)為熵減的反應(yīng)，△G=△H-T△S＜0時(shí)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行；
（2）根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（CO），再根據(jù)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（CO₂）；
（3）由表中數(shù)據(jù)可知，3s時(shí)處于平衡狀態(tài)，CO濃度變化量為2mol/L，則平衡時(shí)二氧化碳濃度為2mol/L，代入平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）}{c（S{O}_{2}）×{c}^{2}（CO）}$計(jì)算；
（4）A．選用更有效的催化劑不影響平衡移動(dòng)；
B．提高n（CO）：n（SO₂）投料比可以提高SO₂轉(zhuǎn)化率，不會(huì)提高成本；
C．由（1）中可知，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低反應(yīng)體系的溫度，平衡正向移動(dòng)，不會(huì)提高成本；
D．縮小容器的體積，需要提供能量，會(huì)提高成本；
（5）①實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖球?yàn)證不同催化劑、溫度、濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律，實(shí)驗(yàn)I、Ⅱ中催化劑不同，實(shí)驗(yàn)I、Ⅳ中CO初始濃度不同，實(shí)驗(yàn)I、Ⅲ中溫度不同，其它條件均相同；
②實(shí)驗(yàn)I、Ⅱ中Fe₂O₃的催化效果好于Cr₂O₃，到達(dá)平衡時(shí)間Ⅰ＞Ⅱ，不影響平衡移動(dòng)，平衡時(shí)二氧化硫濃度相等；
實(shí)驗(yàn)I、Ⅳ中實(shí)驗(yàn)Ⅳ的CO初始濃度大，到達(dá)平衡時(shí)間Ⅰ＞Ⅳ，Ⅳ中二氧化硫的轉(zhuǎn)化率大，平衡時(shí)二氧化硫的濃度Ⅳ＜Ⅰ；
實(shí)驗(yàn)I、Ⅲ中實(shí)Ⅲ的溫度大，到達(dá)平衡時(shí)間Ⅰ＞Ⅲ，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡逆向移動(dòng)，Ⅲ中二氧化硫的轉(zhuǎn)化率小，平衡時(shí)二氧化硫的濃度Ⅲ＞Ⅰ．

解答 解：（1）正反應(yīng)為熵減的反應(yīng)，△S＜0，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，則△G=△H-T△S＜0，故△H＜0，
故答案為：＜；
（2）由表中的數(shù)據(jù)可知2s內(nèi)CO濃度的變化量為（4-2.46）mol/L=1.54mol/L，則v（CO）=$\frac{1.54mol/L}{2S}$=0.77mol/（L•s），化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，則v（CO₂）=v（CO）=0.77mol/（L•s），
故答案為：0.77mol/（L•s）；
（3）由表中數(shù)據(jù)可知，3s時(shí)處于平衡狀態(tài)，平衡時(shí)二氧化硫濃度為3.00×10^-37mol/L，CO濃度為2mol/L，CO濃度變化量為（4-2）mol/L=2mol/L，則平衡時(shí)二氧化碳濃度為2mol/L，則平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）}{c（S{O}_{2}）×{c}^{2}（CO）}$=$\frac{{2}^{2}}{3×1{0}^{-37}×{2}^{2}}$=3.33×10³⁶，
故答案為：3.33×10³⁶；
（4）A．選用更有效的催化劑不影響平衡移動(dòng)，不能提高SO₂轉(zhuǎn)化率，故A錯(cuò)誤；
B．提高n（CO）：n（SO₂）投料比可以提高SO₂轉(zhuǎn)化率，不會(huì)提高成本，故B正確；
C．由（1）中可知，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低反應(yīng)體系的溫度，平衡正向移動(dòng)，提高SO₂轉(zhuǎn)化率，不會(huì)提高成本，故C正確；
D．縮小容器的體積，平衡正向移動(dòng)，可以提高SO₂轉(zhuǎn)化率，但需要提供能量，會(huì)提高成本，故D錯(cuò)誤，
故選：BC；
（5）①實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖球?yàn)證不同催化劑、溫度、濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律，實(shí)驗(yàn)I、Ⅱ中催化劑不同，實(shí)驗(yàn)I、Ⅳ中CO初始濃度不同，實(shí)驗(yàn)I、Ⅲ中溫度不同，其它條件均相同，則：

實(shí)驗(yàn) 編號(hào)	T（℃）	SO2初始濃度 （mol•L-1）	CO初始濃度 （mol•L-1）	催化劑
Ⅰ	260	1.00	3.00	Cr2O3
Ⅱ	260	1.00	3.00	Fe2O3
Ⅲ	380	1.00	3.00	Cr2O3
Ⅳ	260	1.00	4.00	Cr2O3

故答案為：

實(shí)驗(yàn) 編號(hào)	T（℃）	SO2初始濃度 （mol•L-1）	CO初始濃度 （mol•L-1）	催化劑
Ⅰ
Ⅱ	260	1.00	3.00
Ⅲ		1.00	3.00	Cr2O3
Ⅳ	260	1.00		Cr2O3

②實(shí)驗(yàn)I、Ⅱ中Fe₂O₃的催化效果好于Cr₂O₃，到達(dá)平衡時(shí)間Ⅰ＞Ⅱ，不影響平衡移動(dòng)，平衡時(shí)二氧化硫濃度相等；
實(shí)驗(yàn)I、Ⅳ中實(shí)驗(yàn)Ⅳ的CO初始濃度大，到達(dá)平衡時(shí)間Ⅰ＞Ⅳ，Ⅳ中二氧化硫的轉(zhuǎn)化率大，平衡時(shí)二氧化硫的濃度Ⅳ＜Ⅰ；
實(shí)驗(yàn)I、Ⅲ中實(shí)Ⅲ的溫度大，到達(dá)平衡時(shí)間Ⅰ＞Ⅲ，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡逆向移動(dòng)，Ⅲ中二氧化硫的轉(zhuǎn)化率小，平衡時(shí)二氧化硫的濃度Ⅲ＞Ⅰ，
表中的四個(gè)實(shí)驗(yàn)條件下混合氣體中SO₂濃度隨時(shí)間變化的趨勢曲線圖：，
故答案為：．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算、化學(xué)平衡影響因素、探究化學(xué)反應(yīng)速率影響因素等，（5）中注意利用控制變量法分析解答，作圖中注意到達(dá)平衡時(shí)間、平衡時(shí)二氧化硫的濃度，難度中等．