Question

13．煤炭燃燒過程中會(huì)釋放出大量的SO₂，嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境，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并消除SO₂對(duì)環(huán)境的危害．
2CO（g）+SO₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$2CO₂（g）+S（l）△H=a kJ•mol^-1（反應(yīng)Ⅰ）
已知2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₁=-566kJ•mol^-1（反應(yīng)Ⅱ）
S（l）+O₂（g）=SO₂（g）△H₂=-296kJ•mol^-1（反應(yīng)Ⅲ）
請(qǐng)回答下列問題：
（1）據(jù)上述數(shù)據(jù)推算a=-270（用具體數(shù)值表示），反應(yīng)I能自發(fā)的條件是低溫下進(jìn)行．
（2）對(duì)于氣體參與的反應(yīng)，表示平衡常數(shù)K_p時(shí)用氣體組分（B）的平衡壓強(qiáng)p（B）代替該氣體物質(zhì)的量濃度c（B）．則反應(yīng)Ⅰ的K_p=$\frac{{p}^{2}（C{O}_{2}）}{{p}^{2}（CO）•p（S{O}_{2}）}$（用表達(dá)式表示）．
（3）其他條件相同、催化劑不同時(shí)，對(duì)于反應(yīng)Ⅰ經(jīng)過相同時(shí)間測(cè)定SO₂的轉(zhuǎn)化率隨反應(yīng)溫度的變化如圖a．
①下列說法正確的是BD．
A.260℃時(shí)，Cr₂O₃作催化劑時(shí)反應(yīng)速率最快
B.380℃時(shí)，F(xiàn)e₂O₃作催化劑時(shí)SO₂平衡轉(zhuǎn)化率最大
C．其他條件相同時(shí)，溫度越高，反應(yīng)Ⅰ的SO₂平衡轉(zhuǎn)化率越大
D．反應(yīng)Ⅰ在絕熱的密閉容器中進(jìn)行，當(dāng)容器中溫度不變時(shí)說明達(dá)到平衡
②Fe₂O₃和NiO作催化劑均能使SO₂的轉(zhuǎn)化率達(dá)到最高，不考慮價(jià)格因素，選擇Fe₂O₃的主要優(yōu)點(diǎn)是Fe₂O₃作催化劑時(shí)，在相對(duì)較低溫度可獲得較高SO₂的轉(zhuǎn)化率，從而節(jié)約大量能源．
（4）科研小組在380℃、Fe₂O₃作催化劑時(shí)研究了不同投料比[n（CO）：n（SO₂）]的比值對(duì)SO₂轉(zhuǎn)化率的影響，結(jié)果如圖b．請(qǐng)?jiān)诖痤}卡坐標(biāo)圖中畫出n（CO）：n（SO₂））=2：1時(shí)，SO₂轉(zhuǎn)化率的預(yù)期變化曲線（假設(shè)SO₂的起始量均相同）．
（5）工業(yè)上還可用Na₂SO₃溶液吸收煙氣中的SO₂：Na₂SO₃（aq）+SO₂（g）+H₂O（l）?2NaHSO₃（aq）△H＜0．在Na₂SO₃溶液初始濃度和體積確定的情況下，提高SO₂吸收量的措施有降溫、加壓（至少2個(gè)）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律來計(jì)算化學(xué)反應(yīng)的焓變，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，應(yīng)滿足△H-T•△S＜0；
（2）表示平衡常數(shù)Kp時(shí)用氣體組分（B）的平衡壓強(qiáng)p（B）代替該氣體物質(zhì)的量的濃度c（B），可根據(jù)平衡常數(shù)的表達(dá)式書寫，平衡常數(shù)等于氣體生成物濃度冪之積除以氣體反應(yīng)物濃度冪之積；
（3）①依據(jù)圖象分析解答即可；
②根據(jù)圖示內(nèi)容對(duì)比260℃時(shí)SO₂的轉(zhuǎn)化率來尋找反應(yīng)速率最快，根據(jù)催化劑和二氧化硫轉(zhuǎn)化率之間的關(guān)系來判斷Fe₂O₃作催化劑的優(yōu)點(diǎn)；
（4）n（CO）：n（SO₂）=2：1時(shí)反應(yīng)速率界于n（CO）：n（SO₂）=3：1和n（CO）：n（SO₂）=1：1之間，壓強(qiáng)對(duì)反應(yīng)速率的影響來回答即可；
（5）由反應(yīng)可知吸收二氧化硫的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則高溫下不利于吸收二氧化硫．

解答 解：（1）已知①2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₁=-566kJ•mol^-1②S（l）+O₂（g）=SO₂（g）△H₂=-296kJ•mol^-1反應(yīng)2CO（g）+SO₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$2CO₂（g）+S（l）可以是①-②所得，所以該反應(yīng)的焓變：a=-566-（-296）=-270，由于此反應(yīng)為熵減的過程，即△S＜0，若能自發(fā)進(jìn)行，應(yīng)△H-T•△S＜0，溫度不易過高，
故答案為：-270；低溫下進(jìn)行；
（2）反應(yīng)I的K_p=$\frac{{p}^{2}（C{O}_{2}）}{{p}^{2}（CO）•p（S{O}_{2}）}$，故答案為：$\frac{{p}^{2}（C{O}_{2}）}{{p}^{2}（CO）•p（S{O}_{2}）}$；
（3）①A、依據(jù)圖象可知：260℃時(shí)氧化鉻的催化效果最好，即二氧化硫的轉(zhuǎn)化率最高，與速率無關(guān)，故A錯(cuò)誤；
B、380℃時(shí)，F(xiàn)e₂O₃作催化劑時(shí)SO₂平衡轉(zhuǎn)化率接近100%，達(dá)到最大，故B正確；
C、反應(yīng)I為放熱反應(yīng)，溫度越高，越不利于二氧化硫的轉(zhuǎn)化，故C錯(cuò)誤；
D、反應(yīng)I為放熱反應(yīng)，溫度不變時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡，故D正確，
故選BD；
②根據(jù)圖示內(nèi)容，對(duì)比260℃時(shí)不同催化劑作用下SO₂的轉(zhuǎn)化率，可以看出Cr₂O₃作催化劑時(shí)，反應(yīng)速率最快，F(xiàn)e₂O₃和NiO作催化劑均能使SO₂的轉(zhuǎn)化率達(dá)到最高，但是Fe₂O₃作催化劑時(shí)，在相對(duì)較低溫度可獲得較高SO₂的轉(zhuǎn)化率，從而節(jié)約大量能源，
故答案為：Fe₂O₃作催化劑時(shí)，在相對(duì)較低溫度可獲得較高SO₂的轉(zhuǎn)化率，從而節(jié)約大量能源；
（4）n（CO）：n（SO₂）=2：1時(shí)反應(yīng)速率界于n（CO）：n（SO₂）=3：1和n（CO）：n（SO₂）=1：1之間，反應(yīng)速率介于二者之間，且二氧化硫的轉(zhuǎn)化率和n（CO）：n（SO₂）=3：1是相等的，即，故答案為：；
（5）Na₂SO₃（aq）+SO₂（g）+H₂O（l）?2NaHSO₃（aq）△H＜0，此反應(yīng)特點(diǎn)為氣體體積增大的放熱反應(yīng)，故降低溫度，有利于二氧化硫的吸收，增大壓強(qiáng)有利于二氧化硫的吸收，故答案為：降溫、加壓．

點(diǎn)評(píng) 本題考查學(xué)生有關(guān)熱化學(xué)、化學(xué)反應(yīng)速率、弱電解質(zhì)的電離等方面的知識(shí)，屬于綜合知識(shí)的考查，難度較大．