Question

【題目】SO2的含量是衡量大氣污染的一個(gè)重要指標(biāo)。工業(yè)上常采用催化還原法或吸收法處理SO2。利用催化還原SO2法不僅可消除SO2污染，而且可得到有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的單質(zhì)S。

(1)在復(fù)合組分催化劑作用下，CH4可使SO2轉(zhuǎn)化為S，同時(shí)生成CO2和液態(tài)H2O。已知CH4和S的燃燒熱(ΔH)分別為－890.3 kJ/mol和－297.2 kJ/mol，則CH4和SO2反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為_________________。

(2)在恒容密閉容器中，用H2還原SO2生成S的反應(yīng)分兩步完成(如圖1所示)，該過程中相關(guān)物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖2所示：

①分析可知X為___________(填化學(xué)式)，O～t1時(shí)間段的溫度為_____________，0～t1時(shí)間段用SO2表示的化學(xué)反應(yīng)速率為_________________。

②用H2還原SO2生成S的總反應(yīng)的化學(xué)方程式為__________________。

(3)焦炭催化還原SO2生成S2，化學(xué)方程式為2C(s)＋2SO2(g)S2(g)＋2CO2(g)，恒容密閉容器中，1 mol/L SO2與足量的焦炭反應(yīng)，SO2的轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化如圖3所示。

①該反應(yīng)的ΔH_______(填“＞”或“＜”)0。

②計(jì)算a點(diǎn)的平衡常數(shù)為______________。

Answer 1

【答案】CH4(g)＋2SO2(g)===CO2(g)＋2S(s)＋2H2O(l)ΔH＝－295.9kJ/mol H2S 300℃ 2/t1×10－3mol/(L·min) 2H2＋SO2S＋2H2O ＜ 36.45mol/L

【解析】

（1）根據(jù)蓋斯定律進(jìn)行推導(dǎo)CH4和SO2反應(yīng)的熱化學(xué)方程式；

（2）H2還原SO2發(fā)生反應(yīng)2H2＋SO2S＋2H2O，圖1右側(cè)SO2→S，S元素的化合價(jià)降低，根據(jù)氧化還原反應(yīng)特點(diǎn)，化合價(jià)有升高，必然有降低，因此推出X為H2S；0～t1時(shí)間，X的濃度達(dá)到最大，應(yīng)是圖1左側(cè)反應(yīng)，4H2＋SO2=H2S＋2H2O，溫度為300℃；根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率的表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算；

（3）根據(jù)三段式計(jì)算a點(diǎn)的平衡常數(shù)。

（1）CH4燃燒的熱化學(xué)方程式為：CH4（g）+2O2（g）═CO2（g）+2H2O（l）△H=-890.3kJ/mol ①，S燃燒的熱化學(xué)方程式為：S（s）+O2（g）═SO2（g），△H=-297.2kJ/mol ②，根據(jù)蓋斯定律可知，由①-②×2即可得到CH4和SO2反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CH4(g)＋2SO2(g)=CO2(g)＋2S(s)＋2H2O(l) ΔH＝－295.9kJ/mol，故答案為：CH4(g)＋2SO2(g)=CO2(g)＋2S(s)＋2H2O(l) ΔH＝－295.9kJ/mol。

（2）①H2還原SO2發(fā)生反應(yīng)2H2＋SO2S＋2H2O，圖1右側(cè)SO2→S，S元素的化合價(jià)降低，根據(jù)氧化還原反應(yīng)特點(diǎn)，化合價(jià)有升高，必然有降低，因此推出X為H2S；0～t1時(shí)間，X的濃度達(dá)到最大，應(yīng)是圖1左側(cè)反應(yīng)，4H2＋SO2=H2S＋2H2O，溫度為300℃；根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率的表達(dá)式，v（SO2）=（3-1）/t1×10－3mol/(L·min)=2/t1×10－3mol/(L·min)，故答案為：H2S，300℃，2/t1×10－3mol/(L·min)。

②根據(jù)以上分析，總反應(yīng)的化學(xué)方程式為2H2＋SO2S＋2H2O，故答案為：2H2＋SO2S＋2H2O。

（2）①根據(jù)圖像，700℃時(shí)SO2的轉(zhuǎn)化率達(dá)到最大，反應(yīng)達(dá)到平衡，右側(cè)隨著溫度的升高，SO2的轉(zhuǎn)化率降低，根據(jù)勒夏特列原理，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即ΔH＜0，故答案為：＜。

② 2C(s)＋2SO2(g)S2(g)＋2CO2(g)

起始（mol/L） 1 0 0

變化（mol/L） 0.9 0.45 0.9

平衡（mol/L） 0.1 0.45 0.9

化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式K=c（S2）c2（CO2）/c2（SO2）=0.45mol/L×（0.9mol/L）2/（0.1mol/L）2=36.45mol/L

故答案為：36.45mol/L。