Question

8．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(shù)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(chǎn)生的CO又會與CaSO₄發(fā)生化學反應(yīng)，降低了脫硫效率．相關(guān)反應(yīng)的熱化學方程式如下：
CaSO₄（s）+CO（g）?CaO（s）+SO₂（g）+CO₂（g）△H₁=218.4kJ•mol^-1（反應(yīng)Ⅰ）
CaSO₄（s）+4CO（g）?CaS（s）+4CO₂（g）△H₂=-175.6kJ•mol^-1（反應(yīng)Ⅱ）
請回答下列問題：
（1）反應(yīng)Ⅰ能夠自發(fā)進行的條件是高溫．
（2）對于氣體參與的反應(yīng)，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(zhì)的量濃度c（B），則反應(yīng)Ⅱ的K_p=$\frac{{P}^{4}（C{O}_{2}）}{{P}^{4}（CO）}$（用表達式表示）．
（3）假設(shè)某溫度下，反應(yīng)Ⅰ的速率（v₁）大于反應(yīng)Ⅱ的速率（v₂），則下列反應(yīng)過程能量變化示意圖正確的是C．

（4）通過監(jiān)測反應(yīng)體系中氣體濃度的變化可判斷反應(yīng)Ⅰ和Ⅱ是否同時發(fā)生，理由是如果氣體中SO₂和CO₂濃度之比隨時間變化，則兩個反應(yīng)同時進行．
（5）圖1為實驗測得不同溫度下反應(yīng)體系中CO初始體積百分數(shù)與平衡時固體產(chǎn)物中CaS質(zhì)量百分數(shù)的關(guān)系曲線．則降低該反應(yīng)體系中SO₂生成量的措施有ABC．
A．向該反應(yīng)體系中投入石灰石        B．在合適的溫度區(qū)間內(nèi)控制較低的反應(yīng)溫度
C．提高CO的初始體積百分數(shù)        D．提高反應(yīng)體系的溫度
（6）恒溫恒容條件下，假設(shè)反應(yīng)Ⅰ和Ⅱ同時發(fā)生，且v₁＞v₂，請在圖2中畫出反應(yīng)體系中c（SO₂）隨時間t變化的總趨勢圖．

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)能自發(fā)進行，應(yīng)滿足△H-T•△S＜0；
（2）表示平衡常數(shù)Kp時用氣體組分（B）的平衡壓強p（B）代替該氣體物質(zhì)的量的濃度c（B），可根據(jù)平衡常數(shù)的表達式書寫，平衡常數(shù)等于氣體生成物濃度冪之積除以氣體反應(yīng)物濃度冪之積；
（3）反應(yīng)Ⅰ為吸熱反應(yīng)，反應(yīng)Ⅱ為放熱反應(yīng)，結(jié)合反應(yīng)物與生成物總能量大小之間的關(guān)系判斷；
（4）反應(yīng)Ⅰ生成SO₂和CO₂，反應(yīng)Ⅱ只生成CO₂，如同時發(fā)生，則兩種氣體的濃度比會隨時間發(fā)生變化；
（5）由反應(yīng)Ⅰ可知生成二氧化硫的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則低溫下不利于生成二氧化硫；
（6）反應(yīng)Ⅰ和Ⅱ同時發(fā)生，且v₁＞v₂，因反應(yīng)Ⅰ為吸熱反應(yīng)，反應(yīng)Ⅱ為放熱反應(yīng)，則溫度逐漸降低，反應(yīng)速率逐漸減�。�

解答 解：（1）反應(yīng)Ⅰ吸熱，則△H＞0，由方程式可知△＞0，反應(yīng)能自發(fā)進行，應(yīng)滿足△H-T•△S＜0，則應(yīng)在較高溫度下進行，故答案為：高溫；
（2）由題意可知，反應(yīng)Ⅱ的Kp=$\frac{{P}^{4}（C{O}_{2}）}{{P}^{4}（CO）}$，故答案為：$\frac{{P}^{4}（C{O}_{2}）}{{P}^{4}（CO）}$；
（3）反應(yīng)Ⅰ為吸熱反應(yīng)，反應(yīng)Ⅱ為放熱反應(yīng)，則A、D錯誤；反應(yīng)Ⅰ的速率（v₁）大于反應(yīng)Ⅱ的速率（v₂），則反應(yīng)Ⅱ的活化能較大，則B錯誤、C正確，
故答案為：C；
（4）反應(yīng)Ⅰ生成SO₂和CO₂，反應(yīng)Ⅱ只生成CO₂，如同時發(fā)生，則兩種氣體的濃度比隨時間會發(fā)生變化，
故答案為：如果氣體中SO₂和CO₂濃度之比隨時間變化，則兩個反應(yīng)同時進行；
（5）A．向該反應(yīng)體系中投入石灰石，可使更多的二氧化硫轉(zhuǎn)化為硫酸鈣，減少二氧化硫的排放，故A正確；
B．由反應(yīng)Ⅰ可知生成二氧化硫的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則低溫下不利于生成二氧化硫，則應(yīng)在合適的溫度區(qū)間內(nèi)控制較低的反應(yīng)溫度，故B正確；
C．由圖象可知，提高CO的初始體積百分數(shù)，增大CaS的質(zhì)量分數(shù)，減少二氧化硫的排放，故C正確；
D．提高反應(yīng)體系的溫度，不利于二氧化硫的減少，故D錯誤．
故答案為：ABC；
（6）反應(yīng)Ⅰ和Ⅱ同時發(fā)生，且v₁＞v₂，所以剛開始生成二氧化硫速率快，隨著反應(yīng)2進行，生成二氧化碳越來越多，促使第一個反應(yīng)平衡向左移動，導致二氧化硫的量降低，直到達到平衡不變．
則圖象應(yīng)為，故答案為：．

點評 本題為2014浙江高考題，涉及化學平衡以及反應(yīng)熱與焓變的考查，側(cè)重于學生的分析能力和計算能力的考查，題目較為綜合，涉及面廣，題目難度較大．