Question

2．用CaSO₄代替O₂與燃料CO反應(yīng)，既可提高燃燒效率，又能得到高純CO₂，是一種高效、清潔、經(jīng)濟的新型燃燒技術(shù)．反應(yīng)①為主反應(yīng)，反應(yīng)②和③為副反應(yīng)．
①$\frac{1}{4}$CaSO₄（s）+CO（g）?$\frac{1}{4}$CaS（s）+CO₂（g）△H₁=-47.3 kJ•mol^-1
②CaSO₄（s）+CO（g）?CaO（s）+CO₂（g）+SO₂（g）△H₂=+210.5kJ•mol^-1
③CO（g）?$\frac{1}{2}$C（s）+$\frac{1}{2}$CO₂（g）△H₃=-86.2kJ•mol^-1
（1）反應(yīng)2CaSO₄（s）+7CO（g）?CaS（s）+CaO（s）+6CO₂（g）+C（s）+SO₂（g）的△H=4△H₁+△H₂+2△H₃（用△H₁、△H₂和△H₃表示）．
（2）反應(yīng)①～③的平衡常數(shù)的對數(shù)lgK隨反應(yīng)溫度T的變化曲線如圖所示，結(jié)合各反應(yīng)的△H，歸納lgK-T曲線變化規(guī)律：（a）當△H＞0時，lgK隨溫度升高而增大，當△H＜0時，lgK隨溫度升高而減小；（b）當溫度同等變化時，△H的數(shù)值越大lgK的變化越大；（或△H的數(shù)值越大，lgK隨溫度的變化程度越大）．
（3）向盛有CaSO₄的真空恒容密閉容器中充入CO，反應(yīng)①于900℃達到平衡，c_平衡（CO）=8.0×10^-5 mol•L^-1，計算CO的轉(zhuǎn)化率99%（忽略副反應(yīng)，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律及題干中熱化學方程式計算出反應(yīng)2CaSO₄（s）+7CO（g）?CaS（s）+CaO（s）+6CO₂（g）+C（s）+SO₂（g）的△H；
（2）根據(jù)反應(yīng)①-③的平衡常數(shù)的對數(shù)lgK隨反應(yīng)溫度T的變化曲線進行判斷變化規(guī)律；
（3）根據(jù)圖象判斷900℃時反應(yīng)①的lgK=2，則平衡常數(shù)為10²，設(shè)出反應(yīng)前CO濃度為c，根據(jù)平衡常數(shù)表達式列式計算．

解答 解：（1）根據(jù)蓋斯定律，①×4+②+③×2可得：2CaSO₄（s）+7CO（g）?CaS（s）+CaO（s）+6CO₂（g）+C（s）+SO₂（g）的△H=4△H₁+△H₂+2△H₃，
故答案為：4△H₁+△H₂+2△H₃；
（2）根據(jù)圖象曲線變化可知，反應(yīng)①、③為放熱反應(yīng)，隨著溫度的升高，平衡常數(shù)K逐漸減小，則lgK逐漸減小，而反應(yīng)②為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡常數(shù)K逐漸增大，則lgK逐漸增大，所以Ⅰ表示的為反應(yīng)③、Ⅱ曲線表示的為反應(yīng)②，變化規(guī)律為：當△H＞0時，lgK隨溫度升高而增大，當△H＜0時，lgK隨溫度升高而減小；根據(jù)反應(yīng)①和曲線Ⅰ（反應(yīng)③反應(yīng)）的反應(yīng)熱可知，當溫度同等變化時，△H的數(shù)值越大lgK的變化越大，
故答案為：當△H＞0時，lgK隨溫度升高而增大，當△H＜0時，lgK隨溫度升高而減小；當溫度同等變化時，△H的數(shù)值越大lgK的變化越大；（或△H的數(shù)值越大，lgK隨溫度的變化程度越大）；
（3）向盛有CaSO₄的真空恒容密閉容器中充入CO，反應(yīng)方程式為：$\frac{1}{4}$CaSO₄（s）+CO（g）?$\frac{1}{4}$CaS（s）+CO₂（g）△H₁=-47.3kJ•mol^-1，根據(jù)圖象曲線可知，反應(yīng)①于900℃時lgK=2，平衡常數(shù)為10²=100，c_平衡（CO）=8.0×10^-5 mol•L^-1，設(shè)一氧化碳反應(yīng)前濃度為c，則反應(yīng)消耗的CO濃度=反應(yīng)生成二氧化碳濃度=（c-8.0×10^-5）mol/L，平衡常數(shù)K=$\frac{C（C{O}_{2}）}{C（CO）}$=$\frac{c-8.0×1{0}^{-5}}{8×1{0}^{-5}}$=100，解得c=8.08×10^-3mol/L，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率為：$\frac{8.0×1{0}^{-3}}{8.08×1{0}^{-3}}$×100%≈99%，
故答案為：99%．

點評 本題考查了化學平衡常數(shù)的計算、熱化學方程式的書寫等知識，題目難度中等，注意掌握化學平衡常數(shù)的概念及計算方法，明確熱化學方程式的書寫方法及蓋斯定律的含義及應(yīng)用．