Question

【题目】中新社北京2017年2月25日电，总装机达到672万千瓦的世界在役最大火力发电厂在内蒙古投入商业运营。火力发电排放的CO、CO2、SO2等物质对环境影响极大，需分离并进行利用，变废为宝。

（1）火电产生的CO在高温下可将SO2还原为S，已知：

C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH1=a kJ·mol1

CO2(g)+C(s)2CO(g) ΔH2=+b kJ·mol1

S(s)+O2(g)SO2(g) ΔH3=c kJ·mol1

①a、b、c均大于0，请写出CO除SO2的热化学方程式：__________________________。

②根据传感器记录某温度下CO、SO2的反应进程，测量SO2浓度与时间数据绘制出如图，前1 min内用生成物表示的化学反应速率为_____________，第2 min时的X值范围为_____________。

（2）火力发电厂CO主要来源于反应：C(s)+CO2(g)2CO(g)。若一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中发生该反应，其压强为p，平衡时，体系中气体体积分数与温度的关系如图所示：

①T℃时，若充入氮气，平衡向_____________（填“正反应方向移动”“逆反应方向移动”或“不移动”）。

②用平衡分压代替平衡浓度计算，其中，分压=总压×物质的量分数。则800℃时的平衡常数Kp=____________（列式即可，气体总压可记作p总）。

（3）CO在高温下与H2O反应可获得合成氨所需H2，若在等容条件下合成氨：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)(ΔH<0)，改变其他反应条件，在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段体系中各物质浓度随时间变化的曲线如图所示：

①H2的平衡转化率αⅠ(H2)、αⅡ(H2)、αⅢ(H2)中最大的是___________，其值是___________。

②由第一次平衡到第二次平衡，采取的措施是______________________。

③比较第Ⅱ阶段反应温度(T2)和第Ⅲ阶段反应温度(T3)的高低：T2__________T3（填“<”“>”或“=”），判断的理由是______________________。

Answer 1

【答案】（1）①2CO(g)+SO2(g)S(s)+2CO2(g) ΔH=cab kJ·mol1（2分） ②1.08 mol/(L·min)（1分） 30.6>X>25.2（2分）

（2）①正反应方向移动（1分） ②（2分）

（3）①αⅠ(H2)（1分） 50%（2分） ②从反应体系中分离出产物NH3（1分）

③>（1分） 此反应为放热反应，降低温度，平衡向正反应方向移动（1分）

【解析】（1）①题给第一个热化学方程式第二个热化学方程式第三个热化学方程式即得CO除SO2的热化学方程式：2CO(g)+SO2(g)S(s)+2CO2(g) ΔH=(ab+c) kJ·mol1=cab kJ·mol1。

②前1 min内SO2的反应速率v(SO2)=，由于生成物S是固体，不能用来表示反应速率，用CO2表示的反应速率为SO2表示的反应速率的2倍，即为1.08 mol/(L·min)。因为随着反应进行，反应速率越来越小，所以第2 min消耗的SO2小于第1 min消耗的SO2，则30.6>X>30.65.4=25.2。

（2）①若充入氮气，保持压强不变，则容器体积增大，相当于减压，平衡向正反应方向移动。

②由于该反应在体积可变的恒压密闭容器中进行，所以达平衡时总压为p总，800℃时CO的体积分数为93.0%，则CO2的体积分数为7.0%，所以用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=。

（3）①H2的平衡转化率αⅠ(H2)=×100%=50%，αⅡ(H2)=×100%=38%，

αⅢ(H2)=×100%=19%，故H2的平衡转化率αⅠ(H2)、αⅡ(H2)、αⅢ(H2)中最大的是αⅠ(H2)。

②第Ⅱ阶段NH3是从0开始的，瞬间N2、H2浓度不变，因此可以确定第一次平衡后从体系中移出了NH3，即减少生成物浓度，平衡正向移动。

③由图示可知，Ⅱ→Ⅲ，平衡正向移动，由于正反应是放热反应，故Ⅱ→Ⅲ是降温过程，即T2>T3。