Question

煤炭燃燒過程中會釋放出大量的SO₂，嚴重破壞生態(tài)環(huán)境。采用一定的脫硫技術可以把硫元素以CaSO₄的形式固定，從而降低SO₂的排放。但是煤炭燃燒過程中產生的CO又會與CaSO₄發(fā)生化學反應，降低了脫硫效率。相關反應的熱化學方程式如下：

CaSO₄(s)＋CO(g)CaO(s)＋SO₂(g)＋CO₂(g)　ΔH₁＝＋218.4 kJ·mol^－1(反應Ⅰ)

CaSO₄(s)＋4CO(g)CaS(s)＋4CO₂(g)

ΔH₂＝－175.6 kJ·mol^－1(反應Ⅱ)

請回答下列問題：

(1)反應Ⅰ能夠自發(fā)進行的反應條件是________。

(2)對于氣體參與的反應，表示平衡常數(shù)K_p時用氣體組分(B)的平衡壓強p(B)代替該氣體物質的量的濃度c(B)，則反應Ⅱ的K_p＝________(用表達式表示)。

(3)假設某溫度下，反應Ⅰ的速率(v₁)大于反應Ⅱ的速率(v₂)，則下列反應過程能量變化示意圖正確的是________。

(4)通過監(jiān)測反應體系中氣體濃度的變化可判斷反應Ⅰ和Ⅱ是否同時發(fā)生，理由是____________________________________________________ ______________________________________________________________________________________

(5)圖1為實驗測得不同溫度下反應體系中CO初始體積百分數(shù)與平衡時固體產物中CaS質量百分數(shù)的關系曲線。則降低該反應體系中SO₂生成量的措施有________。

A．向該反應體系中投入石灰石

B．在合適的溫度區(qū)間內控制較低的反應溫度

C．提高CO的初始體積百分數(shù)

D．提高反應體系的溫度

(6)恒溫恒容條件下，假設反應Ⅰ和Ⅱ同時發(fā)生，且v₁>v₂，請在圖2中畫出反應體系中c(SO₂)隨時間t變化的總趨勢圖。

Answer 1

解析　(1)反應Ⅰ的正反應是氣體總分子數(shù)增加的反應，則有ΔS>0，又知ΔH>0，該反應若能自發(fā)進行，說明ΔH－TΔS<0，高溫條件下反應可自發(fā)進行。

(2)由用濃度表示的平衡常數(shù)表達式的書寫方法可知，反應Ⅱ的K_p應為生成物平衡壓強的冪之積與反應物平衡壓強的冪之積的比值，注意固體物質不能出現(xiàn)在平衡常數(shù)的表達式中，故K_p＝。

(3)相同溫度下，因兩個反應的反應物完全相同，反應速率越大，則反應的活化能越小，因此反應Ⅰ的活化能小于反應Ⅱ的活化能；反應Ⅰ的ΔH>0，生成物的能量高于反應物的能量，反應Ⅱ的ΔH<0，生成物的能量低于反應物的能量，故C項正確。

(4)若反應體系中c(CO₂)＝c(SO₂)，則只發(fā)生反應Ⅰ；若反應體系中c(SO₂)＝0，則只發(fā)生反應Ⅱ；若反應體系中c(CO₂)>c(SO₂)且c(SO₂)≠0，則反應Ⅰ、Ⅱ同時發(fā)生。

(5)由圖1可知，CO的初始體積百分數(shù)越大、溫度越低，CaS的質量百分數(shù)越大，即反應Ⅱ進行的程度越大，則反應Ⅰ產生的SO₂就會減少，故B、C項正確，D項錯誤。向反應體系中投入石灰石，因CaCO₃＋SO₂CaSO₃＋CO₂，也會減少SO₂的產生，A項正確。

(6)因反應Ⅰ與Ⅱ同時進行，且v₁>v₂，反應Ⅰ首先達到平衡狀態(tài)，在建立平衡的過程中，c(SO₂)逐漸增大。由于反應Ⅱ在進行的過程中，c(CO₂)會逐漸增大，又會導致反應Ⅰ平衡逆向移動，c(SO₂)又會逐漸減小。據(jù)此可畫出c(SO₂)隨時間t變化的總趨勢圖。

答案　(1)高溫　(2)　(3)C　(4)如果氣相中SO₂和CO₂兩種氣體的濃度之比隨時間發(fā)生變化，則表明兩個反應同時發(fā)生　(5)ABC

(6)