Question

【題目】石油產(chǎn)品含有多種含硫物質(zhì)，如H2S、COS等。

(1)一種脫硫工藝為:真空K2CO3-克勞斯法。

①K2CO3溶液吸收H2S的反應(yīng)為K2CO3+H2S=KHS+KHCO3，該反應(yīng)的平衡常數(shù)的對數(shù)值為1gK=___。

(已知:H2CO3 lgK1=-6.4, lgK2=-10.3；H2S 1gK1=-7，lgK2=-19)

②已知下列熱化學(xué)方程式:

2H2S(g)+3O2(g)=2SO2(g)+2H2O(l) △H1 =-1172kJ·mol-1

2H2S(g)+O2(g)=2S(s)+2H2O(l) △H2 =-632kJ·mol-1

克勞斯法回收硫的反應(yīng)為SO2氣體和H2S氣體反應(yīng)生成S(s)，則該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為___________________。同時，COS發(fā)生水解反應(yīng): COS(g)+H2O(g)CO2(g)+H2S(g) △H>0，結(jié)合以上兩個反應(yīng)，克勞斯法選擇反應(yīng)溫度為300℃，溫度低有利于____，但溫度過低會使硫析出，降低催化劑活性，反應(yīng)過慢，以及不利于_______________。

(2)石灰石料漿作為脫硫劑可有效吸收廢氣中的SO2，將CO2氣體通入石灰石料漿罐對CaCO3脫硫劑進(jìn)行活化處理可明顯提高CaCO3脫硫的效率，活化后的主要脫硫反應(yīng)之一為:2Ca2++2SO2+O2+3H2O = 2CaSO4·H2O+4H+。

①廢氣經(jīng)脫硫后，除水蒸氣外，________(填氣體化學(xué)式)含量明顯增多。

②其他條件一定，物料比為1.2時，脫硫反應(yīng)的速率受Ca2+濃度的影響。圖中a點(diǎn)是Ca(OH)2為脫硫劑時的脫硫效率，曲線表示CaCO3活化時間對脫硫效率的影響。

I.CaCO3與SO2反應(yīng)的速率明顯低于Ca(OH)2與SO2反應(yīng)的速率，其原因是________。

II.a點(diǎn)和b點(diǎn)脫硫效率接近的原因是________________。

Answer 1

【答案】 3.3 2H2S(g) + SO2(g)＝3S(s) + 2H2O（l） △H = - 362 kJ·mol-1 H2S 與 SO2反應(yīng)平衡正向進(jìn)行 COS 水解 CO2 相同條件下，Ca(OH)2的溶解度大于CaCO3，溶液中產(chǎn)生的Ca2+濃度比CaCO3 產(chǎn)生的Ca2+濃度大 CaCO3 +CO2 + H2O＝Ca2+ +2HCO3-，Ca2+濃度增大

【解析】分析：本題考查化學(xué)平衡常數(shù)的計算、蓋斯定律的應(yīng)用、外界條件對化學(xué)平衡和化學(xué)反應(yīng)速率的影響。

（1）①根據(jù)平衡常數(shù)的表達(dá)式和H2CO3、H2S的電離平衡常數(shù)計算。

②應(yīng)用蓋斯定律寫出SO2氣體和H2S氣體反應(yīng)的熱化學(xué)方程式。H2S與SO2的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，COS的水解反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，溫度低有利于H2S與SO2的反應(yīng)平衡正向移動，溫度過低不利于COS的水解。

（2）①石灰石料漿吸收SO2的原理為2CaCO3+2SO2+O2+H2O=2CaSO4·H2O+2CO2；將CO2通入石灰石料漿活化處理，脫硫的原理為CO2+CaCO3+H2O=Ca（HCO3）2，2Ca（HCO3）2+2SO2+O2=2CaSO4·H2O+4CO2+H2O；廢氣脫硫后，CO2含量明顯增多。

②I.相同條件下，Ca（OH）2的溶解度大于CaCO3，Ca（OH）2溶液中產(chǎn)生Ca2+濃度比CaCO3中產(chǎn)生的Ca2+濃度大，濃度越大反應(yīng)速率越快。

II.用CaCO3脫硫時會產(chǎn)生CO2，CO2與CaCO3、H2O反應(yīng)生成可溶性Ca（HCO3）2，溶液中Ca2+濃度增大，使a點(diǎn)和b點(diǎn)的脫硫效率接近。

詳解：（1）反應(yīng)K2CO3+H2S=KHS+KHCO3的離子方程式為：CO32-+H2S=HS-+HCO3-，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K===，lgK=lgKa1（H2S）-lgKa2（H2CO3）=-7-（-10.3）=3.3。

②對反應(yīng)編號，

2H2S（g）+3O2（g）=2SO2（g）+2 H2O（l）ΔH1 =-1172kJ·mol-1（I式）

2H2S（g）+O2（g）=2S（s）+2H2O（l）ΔH2 =-632kJ·mol-1（II式）

應(yīng)用蓋斯定律，將（II式3-I式）2得，2H2S（g）+SO2（g）=3S（s）+2H2O（l）ΔH=[（-632kJ/mol）3-（-1172kJ/mol）] 2=-362kJ/mol，H2S氣體與SO2氣體反應(yīng)生成S（s）的熱化學(xué)方程式為2H2S（g）+SO2（g）=3S（s）+2H2O（l）ΔH=-362kJ/mol。H2S與SO2的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，COS的水解反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，降低溫度，H2S與SO2的反應(yīng)平衡正向移動，COS的水解反應(yīng)逆向移動，溫度低有利于H2S與SO2的反應(yīng)平衡正向移動。溫度過低不利于COS的水解。

（2）①石灰石料漿吸收SO2的原理為2CaCO3+2SO2+O2+H2O=2CaSO4·H2O+2CO2；將CO2通入石灰石料漿活化處理，脫硫的原理為CO2+CaCO3+H2O=Ca（HCO3）2，2Ca（HCO3）2+2SO2+O2=2CaSO4·H2O+4CO2+H2O；廢氣脫硫后，除水蒸氣外，CO2含量明顯增多。

②I.主要的脫硫反應(yīng)為2Ca2++2SO2+O2+3H2O=2CaSO4·H2O+4H+；相同條件下，Ca（OH）2的溶解度大于CaCO3，Ca（OH）2溶液中產(chǎn)生Ca2+濃度比CaCO3中產(chǎn)生的Ca2+濃度大，Ca2+濃度越大反應(yīng)速率越快，所以CaCO3與SO2反應(yīng)的速率明顯低于Ca（OH）2與SO2反應(yīng)的速率。

II.用CaCO3脫硫時反應(yīng)為2CaCO3+2SO2+O2+H2O=2CaSO4·H2O+2CO2，脫硫時會產(chǎn)生CO2，CO2與CaCO3、H2O反應(yīng)生成可溶性Ca（HCO3）2，反應(yīng)為CaCO3+CO2+H2O=Ca（HCO3）2，溶液中Ca2+濃度增大，使a點(diǎn)和b點(diǎn)的脫硫效率接近。