Question

用CaSO₄代替O₂與燃料CO反應，既可提高燃燒效率，又能得到高純CO₂，是一種高效、清潔、經濟的新型燃燒技術。反應①為主反應，反應②和③為副反應。

①1/4CaSO₄(s)＋CO(g)1/4CaS(s)＋CO₂(g)

ΔH₁＝－47.3 kJ·mol^－1

②CaSO₄(s)＋CO(g)CaO(s)＋CO₂(g)＋SO₂(g)

ΔH₂＝＋210.5 kJ·mol^－1

③CO(g)1/2C(s)＋1/2CO₂(g)

ΔH₃＝－86.2 kJ·mol^－1

(1)反應2CaSO₄(s)＋7CO(g)CaS(s)＋CaO(s)＋6CO₂(g)＋C(s)＋SO₂(g)的ΔH＝________(用ΔH₁、ΔH₂和ΔH₃表示)。

(2)反應①～③的平衡常數的對數lgK隨反應溫度T的變化曲線如圖所示，結合各反應的ΔH，歸納lgK－T曲線變化規(guī)律：

a)__________________________________________________________；

b)_________________________________________________________。

(3)向盛有CaSO₄的真空恒容密閉容器中充入CO，反應①于900 ℃達到平衡，c_平衡(CO)＝8.0×10^－5 mol·L^－1，計算CO的轉化率________(忽略副反應，結果保留兩位有效數字)。

(4)為減少副產物，獲得更純凈的CO₂，可在初始燃料中適量加入________________________________________________________________________。

(5)以反應①中生成的CaS為原料，在一定條件下經原子利用率100%的高溫反應，可再生CaSO₄，該反應的化學方程式為______________________；在一定條件下，CO₂可與對二甲苯反應，在其苯環(huán)上引入一個羧基，產物的結構簡式為________________________________。

Answer 1

解析　(1)利用蓋斯定律可以計算出所給反應的焓變，要學會利用所給方程式中化學計量數和反應物、中間產物的關系進行解答。根據蓋斯定律，由①×4＋②＋③×2可得目標熱化學方程式，故有ΔH＝4ΔH₁＋ΔH₂＋2ΔH₃。(2)該圖象只標明反應①的變化趨勢，由于反應①是放熱反應，可得出“放熱反應的lgK隨溫度的升高而減小，吸熱反應的lgK隨溫度的升高而增大”的結論；由于所給三個熱化學方程式中有兩個是放熱反應，一個是吸熱反應，而給出的圖象中有兩條變化趨勢相同，因此可判斷曲線Ⅰ代表反應③，曲線Ⅱ代表反應②，通過反應①和反應③曲線相對關系，可得出“同為放熱反應，ΔH越大，lgK隨溫度變化的變化值越小”的結論。(3)由圖象可知，當反應①在900 ℃時，lgK＝2，即平衡常數K＝100。設起始時CO的濃度為a mol·L^－1，轉化率為x mol·L^－1。

1/4CaSO₄(s)＋CO(g)1/4CaS(s)＋CO₂(g)

  a  0

  x  x

  8.0×10^－5  x

根據：K＝＝100，解得x＝8.0×10^－3。根據：a－x＝8.0×10^－5，解得a＝8.08×10^－3。所以CO的轉化率＝×100%≈99%。(4)要獲得更純凈的二氧化碳，必須減少二氧化硫的量，通過反應②的分析可知，當二氧化碳濃度增大時，可使平衡向左移動，所以可在初始燃料(CO)中加入適量二氧化碳，減少二氧化硫的產生，獲得更純凈的二氧化碳。(5)本小題首先確定三點：一是反應物為CaS；二是生成物為CaSO₄；三是原子利用率為100%。所以另一種反應物為O₂，反應方程式為CaS＋2O₂CaSO₄；通過分析題給信息可知，生成物為反應物在苯環(huán)上引入羧基而得，所以生成物的結構簡式為

答案　(1)4ΔH₁＋ΔH₂＋2ΔH₃　(2)放熱反應的lgK隨溫度的升高而減小，吸熱反應的lgK隨溫度的升高而增大　同為放熱反應，ΔH越大，lgK隨溫度變化的變化值越小　(3)由圖象可知，當反應①在900℃時，lgK＝2，即平衡常數K＝100。

設起始時CO的濃度為a mol·L^－1，轉化量為x mol·L^－1。

　　　1/4CaSO₄(s)＋CO(g)1/4CaS(s)＋CO₂(g)

  a  0

  x  x

  8.0×10^－5  x

根據：K＝＝100，解得x＝8.0×10^－3。根據：a－x＝8.0×10^－5，解得a＝8.08×10^－3。所以CO的轉化率＝×100%≈99%。

(4)二氧化碳(或CO₂)

(5)CaS＋2O₂CaSO₄