Question

8．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(jì)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=-47.3kJ?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(duì)數(shù)lgK隨反應(yīng)溫度T的變化曲線見圖，結(jié)合各反應(yīng)的△H，歸納lgK～T曲線變化規(guī)律：a）當(dāng)△H＞0時(shí)，lgK隨溫度升高而增大，當(dāng)△H＜0時(shí)，lgK隨溫度升高而減��；b）當(dāng)溫度同等變化時(shí)，△H的數(shù)值越大lgK的變化越大．
（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(dá)到平衡，c_平衡（CO）=8.0×10^-5 mol?L^-1，計(jì)算CO的轉(zhuǎn)化率（忽略副反應(yīng)，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）．
（4）為減少副產(chǎn)物，獲得更純凈的CO₂，可在初始燃料中適量加入碳酸鈣．
（5）以反應(yīng)①中生成的CaS為原料，在一定條件下經(jīng)原子利用率100%的高溫反應(yīng)，可再生CaSO₄，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為CaS+2O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaSO₄；在一定條件下，CO₂可與對(duì)二甲苯反應(yīng)，在其苯環(huán)上引入一個(gè)羧基，產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為．

Answer 1

分析 （1）已知：①$\frac{1}{4}$CaSO₄（s）+CO（g）?$\frac{1}{4}$CaS（s）+CO₂（g）△H₁=-47.3kJ?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
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）；
（2）由圖可知，當(dāng)△H＞0時(shí)，lgK隨溫度升高而增大，當(dāng)△H＜0時(shí)，lgK隨溫度升高而減��；當(dāng)溫度同等變化時(shí)，△H的數(shù)值越大lgK的變化越大；
（3）900℃時(shí)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cmol/L，根據(jù)平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$列方程計(jì)算解答；
（4）混合氣體中含有二氧化硫，可以用碳酸鈣進(jìn)行吸收；
（5）以反應(yīng)①中生成的CaS為原料，在一定條件下經(jīng)原子利用率100%的高溫反應(yīng)，可再生CaSO₄，則另一種反應(yīng)為氧氣；在一定條件下，CO₂可與對(duì)二甲苯反應(yīng)，在其苯環(huán)上引入一個(gè)羧基，相當(dāng)于用羧基取代苯環(huán)上的氫原子．

解答 解：（1）已知：①$\frac{1}{4}$CaSO₄（s）+CO（g）?$\frac{1}{4}$CaS（s）+CO₂（g）△H₁=-47.3kJ?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
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），則△H=4△H₁+△H₂+2△H₃，
故答案為：4△H₁+△H₂+2△H₃；
（2）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，可得變化規(guī)律為：當(dāng)△H＞0時(shí)，lgK隨溫度升高而增大，當(dāng)△H＜0時(shí)，lgK隨溫度升高而減��；
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(dāng)溫度同等變化時(shí)，△H的數(shù)值越大lgK的變化越大，
故答案為：當(dāng)△H＞0時(shí)，lgK隨溫度升高而增大，當(dāng)△H＜0時(shí)，lgK隨溫度升高而減��；當(dāng)溫度同等變化時(shí)，△H的數(shù)值越大lgK的變化越大；
（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），根據(jù)圖象曲線可知，反應(yīng)①于900℃時(shí)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=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$=$\frac{c-8.0×1{0}^{-5}}{8.0×1{0}^{-5}}$=100，解得c=8.08×10^-3，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率為：$\frac{8.0×1{0}^{-3}}{8.08×1{0}^{-3}}$×100%≈99%，
答：CO的轉(zhuǎn)化率為99%；
（4）混合氣體中含有二氧化硫，在原料中加入適量碳酸鈣，吸收二氧化硫，有利于獲得更純凈的CO₂，
故答案為：碳酸鈣；
（5）以反應(yīng)①中生成的CaS為原料，在一定條件下經(jīng)原子利用率100%的高溫反應(yīng)，可再生CaSO₄，則另一種反應(yīng)為為氧氣，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：CaS+2O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaSO₄；在一定條件下，CO₂可與對(duì)二甲苯反應(yīng)，在其苯環(huán)上引入一個(gè)羧基，相當(dāng)于用羧基取代苯環(huán)上的氫原子，對(duì)二甲苯中苯環(huán)上4個(gè)H原子位置等價(jià)，則該產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為：，
故答案為：CaS+2O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaSO₄；．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算、化學(xué)平衡常數(shù)、圖象分析、燃燒熱計(jì)算等，題目難度中等，注意掌握化學(xué)平衡常數(shù)的概念及計(jì)算方法．