Question

【題目】二氧化硫是大氣的主要污染物之一。催化還原SO2不僅可以消除SO2的污染，還可以得到工業(yè)原料S。燃煤煙氣中硫的回收反應(yīng)為：2CO(g)+SO2(g) 2CO2(g)+S(l) △H。

(1)已知：2CO(g)+O2(g)===2CO2(g) △H1=－566.0kJ·mol－1

S(l)+O2(g)===SO2(g) △H2=－296.8 kJ·mol－1

則硫的回收反應(yīng)的△H=___________ kJ·mol－1。

(2)其他條件相同、催化劑不同時，硫的回收反應(yīng)中SO2的轉(zhuǎn)化率隨反應(yīng)溫度的變化如圖所示。260℃時，___________（填“La2O3”、“NiO”或“TiO2”)的催化效率最高。La2O3和NiO作催化劑均可能使SO2的轉(zhuǎn)化率達(dá)到很高，不考慮價格因素，選擇La2O3的主要優(yōu)點是___________。

(3)一定條件下，若在恒壓密閉容器中發(fā)生硫的回收反應(yīng)，SO2的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示，則P1、P2、P3、P4由大到小的順序為___________；某溫度下，若在恒容密閉容器中，初始時c(CO)=2 a mol·L－1，c(SO2)= a mol·L－1，SO2的平衡轉(zhuǎn)化率為80%，則該溫度下反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為___________。

(4)某實驗小組為探究煙氣流速、溫度對該反應(yīng)的影響，用La2O3作催化劑，分別在兩種不同煙氣流量、不同溫度下進(jìn)行實驗。實驗結(jié)果顯示：在260℃時，SO2的轉(zhuǎn)化率隨煙氣流量增大而減小，其原因是___________；在380℃時，SO2的轉(zhuǎn)化率隨煙氣流量增大而增大，其原因是___________。

(5)工業(yè)上常用Na2SO3溶液吸收煙氣中的SO2，將煙氣通入1.0 mol·L－1的N2SO3溶液，當(dāng)溶液pH約為6時，吸收SO2的能力顯著下降此時溶液中c(HSO3－)c︰(SO32－)=___________。(已知H2SO3的Ka1=1.5×10-2、Ka2=1.0×10-7)

Answer 1

【答案】-269.2 TiO2 La2O3在相對較低溫度對催化效率更高 P1>P2>P3>P4 80/a mol/L 260℃時，催化劑活性不好，反應(yīng)速率慢；煙氣流速越大，氣體和催化劑接觸時間越短，SO2轉(zhuǎn)化率越低 380℃時，催化劑活性好，反應(yīng)速率快；煙氣流速越大，壓強(qiáng)越大，反應(yīng)正向進(jìn)行越徹底，SO2轉(zhuǎn)化率越高 10

【解析】

（1）根據(jù)蓋斯定律可知ΔH=ΔH1-ΔH2=－566.0kJ·mol-1+296.8 kJ·mol-1=-269.2kJ/mol。

（2）觀察圖1，260℃，TiO2作催化劑時，SO2的轉(zhuǎn)化率高于其他，那么TiO2催化效率最高，繼續(xù)觀察圖1，可發(fā)現(xiàn)La2O3在較低溫度時就可以達(dá)到非常高的催化效率，因而優(yōu)于NiO。

（3）觀察反應(yīng)2CO(g)+SO2(g) 2CO2(g)+S(l)可知該反應(yīng)的反應(yīng)前后氣體計量數(shù)減小，保持溫度不變，壓強(qiáng)變大使得平衡向右移動，SO2轉(zhuǎn)化率變大，因而P1>P2>P3>P4，SO2的平衡轉(zhuǎn)化率為80%，說明SO2轉(zhuǎn)化濃度為a×0.8mol/L=0.8a mol/L，可用三段式計算平衡常數(shù)：2CO(g)+SO2(g) 2CO2(g)+S(l)

起 2a a 0

轉(zhuǎn) 1.6a 0.8a 1.6a

平 0.4a 0.2a 1.6a

K===（注意可不用寫單位，但是一定要以平衡濃度代入求解。）

（4）先分析溫度的影響，260℃時La2O3催化效果很低，因而反應(yīng)速率慢，煙氣流速變快，氣體與催化劑接觸時間少，還來不及反應(yīng)就移走了，因而SO2轉(zhuǎn)化率降低，380℃恰恰相反，催化劑活性好，反應(yīng)速率快；煙氣流速越大，壓強(qiáng)越大，反應(yīng)正向進(jìn)行越徹底，SO2轉(zhuǎn)化率越高。

（5）pH=6，說明c(H+)=10-6mol/L，Ka2=，可得==10。