Question

13．煙氣中含有SO₂等大量有害的物質(zhì)，煙氣除硫的方法有多種，其中石灰石法煙氣除硫工藝的主要反應(yīng)如下：
Ⅰ．CaCO₃（s）?CO₂（g）+CaO（s）△H=+178.2kJ/mol
Ⅱ．SO₂（g）+CaO（s）?CaSO₃（s）△H=-402kJ/mol
Ⅲ.2CaSO₃（s）+O₂（g）+4H₂O（l）?2[CaSO₄•2H₂O]（s）△H=-234.2kJ/mol
（1）試寫出由石灰石、二氧化硫、氧氣和水反應(yīng)生成生石膏的熱化學(xué)方程式2CaCO₃（s）+O₂（g）+2SO₂（g）+4H₂O（l）?2[CaSO₄.2H₂O]（s）+2CO₂（g）△H=-681.8kJ/mol．
（2）反應(yīng)Ⅱ?yàn)闊煔獬�硫的關(guān)鍵，取相同用量的反應(yīng)物在3種不同的容器中進(jìn)行該反應(yīng)，A容器保持恒溫恒壓，B容器保持恒溫恒容，C容器保持恒容絕熱，且初始時(shí)3個(gè)容器的容積和溫度均相同，下列說法正確的是ad
a.3個(gè)容器中SO₂的轉(zhuǎn)化率的大小順序：a_A＞a_B＞a_C
b．當(dāng)A容器內(nèi)氣體的平均摩爾質(zhì)量不變時(shí)，說明反應(yīng)處于化學(xué)平衡狀態(tài)
c．A、B兩個(gè)容器達(dá)到平衡所用的時(shí)間：t_A＞t_B
d．當(dāng)C容器內(nèi)平衡常數(shù)不變時(shí)，說明該反應(yīng)處于化學(xué)平衡狀態(tài)
（3）依據(jù)上述反應(yīng)Ⅱ來除硫，將一定量的煙氣壓縮到一個(gè)20L的容器中，測得不同溫度下，容器內(nèi)SO₂的質(zhì)量（mg）如下表

	0	20	40	60	80	100	120
T1	2100	1052	540	199	8.7	0.06	0.06
T2	2100	869	242	x	x	x	x

①在T₁溫度下，計(jì)算20-40min內(nèi)SO₂的反應(yīng)速率2×10^-5mol/（L•min）．
②若其它條件都相同，則T₁＞T₂（填“＞”、“＜”或“=”，下同）；x＜0.06．
③在T₂溫度下，若平衡后將容器的容積壓縮為10L，則新平衡時(shí)SO₂的濃度=原平衡時(shí)SO₂的濃度（填“＞”、“＜”或“=”），理由是該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為k=$\frac{1}{c（S{O}_{2}）}$，溫度不變，平衡常數(shù)不變，所以濃度相等．

Answer 1

分析 （1）石灰石、二氧化硫、氧氣和水反應(yīng)生成生石膏的反應(yīng)為2CaCO₃（s）+O₂（g）+2SO₂（g）+4H₂O（l）?2[CaSO₄.2H₂O]（s）+2CO₂（g），根據(jù)蓋斯定律，該反應(yīng)等于①×2+②×2+③，計(jì)算△H；
（2）對(duì)于A容器，該反應(yīng)是一個(gè)氣體體積縮小的反應(yīng)，隨著反應(yīng)進(jìn)行氣體體積減小，但要保持恒壓，必須壓縮體積，相當(dāng)與增大壓強(qiáng)，二氧化硫的轉(zhuǎn)化率增大，B容器為恒容，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，氣體體積縮小，二氧化硫轉(zhuǎn)化率相對(duì)A要小，C容器恒溫絕熱，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，速率加快，平衡逆向移動(dòng)，相對(duì)B二氧化硫的轉(zhuǎn)化率會(huì)小；氣體質(zhì)量和物質(zhì)的量均在發(fā)生改變，平均摩爾質(zhì)量不是變量，不能判斷平衡；平衡常數(shù)只是溫度的函數(shù)，溫度不變，平衡常數(shù)不變；
（3）①在T₁溫度下，計(jì)算20-40min內(nèi)SO₂的反應(yīng)速率v（SO₂）=[（1052-540）×10-3]÷64÷20÷20=2×10^-5mol/（L•min；
②因?yàn)樵摲磻?yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，二氧化硫的含量增大；
③在T₂溫度下，若平衡后將容器的容積壓縮為10L，則新平衡時(shí)SO₂的濃度等于原平衡時(shí)SO₂的濃度，因?yàn)樵摲磻?yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為k=$\frac{1}{c（S{O}_{2}）}$，溫度不變，平衡常數(shù)不變，所以濃度相等．

解答 解：（1）石灰石、二氧化硫、氧氣和水反應(yīng)生成生石膏的反應(yīng)為2CaCO₃（s）+O₂（g）+2SO₂（g）+4H₂O（l）?2[CaSO₄.2H₂O]（s）+2CO₂（g），根據(jù)蓋斯定律，該反應(yīng)等于①×2+②×2+③，計(jì)算△H=+178.2ײ⁺（-402）×2+（-234.2）=-681.8kJ/mol，故答案為：2CaCO₃（s）+O₂（g）+2SO₂（g）+4H₂O（l）?2[CaSO₄.2H₂O]（s）+2CO₂（g）△H=-681.8kJ/mol；
（2）a、對(duì)于A容器，該反應(yīng)是一個(gè)氣體體積縮小的反應(yīng)，隨著反應(yīng)進(jìn)行氣體體積減小，但要保持恒壓，必須壓縮體積，相當(dāng)與增大壓強(qiáng)，二氧化硫的轉(zhuǎn)化率增大，B容器為恒容，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，氣體體積縮小，二氧化硫轉(zhuǎn)化率相對(duì)A要小，C容器恒溫絕熱，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，速率加快，平衡逆向移動(dòng)，相對(duì)B二氧化硫的轉(zhuǎn)化率會(huì)小，故a正確；
b、氣體質(zhì)量和物質(zhì)的量均在發(fā)生改變，平均摩爾質(zhì)量不是變量，不能判斷平衡，故b錯(cuò)誤；
c、A容器壓強(qiáng)比B大，故反應(yīng)速率快，達(dá)到平衡所需的時(shí)間A比B短，故C錯(cuò)誤；
d、平衡常數(shù)只是溫度的函數(shù)，溫度不變，平衡常數(shù)不變，平衡，故d正確；
故答案為：ad；
（3）①在T₁溫度下，計(jì)算20-40min內(nèi)SO₂的反應(yīng)速率v（SO₂）=[（1052-540）×10-3]÷64÷20÷20=2×10^-5mol/（L•min），故答案為：2×10^-5；
②因?yàn)樵摲磻?yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，二氧化硫的含量增大，結(jié)合表格數(shù)據(jù)，T₂時(shí)的含量比T₁時(shí)低，若其它條件都相同，則T₁＞T₂；根據(jù)數(shù)據(jù)的遞變規(guī)律，x＜0.06，故答案為：＞；＜；
③在T₂溫度下，若平衡后將容器的容積壓縮為10L，則新平衡時(shí)SO₂的濃度等于原平衡時(shí)SO₂的濃度，因?yàn)樵摲磻?yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為k=$\frac{1}{c（S{O}_{2}）}$，溫度不變，平衡常數(shù)不變，所以濃度相等，故答案為：=；該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為k=1/c（SO₂），溫度不變，平衡常數(shù)不變，所以濃度相等．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)反應(yīng)的速率、化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式、化學(xué)平衡的移動(dòng)和反應(yīng)的自發(fā)性等，題目難度中等，注意相關(guān)知識(shí)的積累．