Question

【题目】CO、SO2是常见的大气污染物，应用化学原理变废为宝，意义重大。

(1)CO与SO2用铝矾土作催化剂、475 ℃条件下反应生成CO2和硫蒸气，该反应可用于从烟道气中回收硫，反应过程中各组分的物质的量与反应时间的关系如图所示，该反应的化学方程式为________。

(2)利用CO可以合成新能源物质——甲醇。其原理为CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH。在压强分别为p1、p2，体积均为V L的两个容器中充入a mol CO、2a mol H2，在催化剂作用下反应生成甲醇，平衡时转化率与温度、压强的关系有下表数据：

	50 ℃	100 ℃	200 ℃	300 ℃	400 ℃
p1	0.65	0.50	0.40	0.32	0.24
p2	0.80	0.70	0.65	0.50	0.41

①ΔH________0，p1________p2。(填“＞”“＜”或“＝”)。

②压强为p2，温度为300 ℃时，该反应的平衡常数K＝________。

③压强为p1，温度为100 ℃时，达到平衡后，继续向其中通入0.5a mol CO、a mol H2、0.5a mol CH3OH，则平衡时CH3OH的体积分数________(填“增大”“减小”或“不变”)。

④下列说法正确的是________。

a．当n(CO)∶n(H2)∶n(CH3OH)＝1∶2∶1时，可逆反应达到平衡状态

b．平衡后向体积为V L的容器内继续充入He，平衡不移动

c．使用新型催化剂，可提高CO的平衡转化率

(3)MnO2悬浊液、NaOH溶液都是SO2气体常用的吸收剂。

①已知MnO2＋SO2＝MnSO4，吸收SO2的装置如图所示。反应过程中，为使SO2尽可能转化完全，可采取的合理措施有___________、__________。

②将标准状况下4.48 L SO2气体缓缓通入100 mL 3 mol·L－1 NaOH溶液中，充分反应后c(Na＋)＝___ (填几种粒子浓度之和)。

③取②中所得溶液10 mL，加水稀释成1 L，向其中加入CaCl2固体至有沉淀CaSO3(Ksp＝3.1×10－7)生成，则所加CaCl2固体的质量为_____mg。

Answer 1

【答案】4CO＋2SO24CO2＋S2 ＜ ＜ 增大 b 缓慢通入SO2 控制合适的温度 1.5[c(SO32—)＋c(HSO3—)＋c(H2SO3)] 3.441

【解析】

(1)结合题中所给图像可知反应物、生成物的变化量，0～40min，两种反应物的变化量分别为2mol、1mol，两种生成物的变化量分别为2mol、0.5mol，反应物CO中的C为+2价，生成物CO2中的C为+4价，而反应物SO2中的S为+4价，生成物硫蒸气中的S为0价，根据氧化还原反应中得失电子守恒，以及反应物、生成物的变化量之比等于化学计量数之比，推断出硫蒸气的化学式为S2，该方程式为4CO＋2SO24CO2＋S2；

(2)①当压强一定时，温度越高，反应物的转化率越低，故该反应为放热反应，ΔH＜0，由CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)的方程式可知，该反应为反应前后气体分子数减小的反应，压强越大，转化率越高，故p1＜p2；

②压强为p2，温度为300 ℃时，平衡时转化率为0.50，可知平衡时：c(CO)=0.5a/VmolL-1、c(H2)=a/VmolL-1、c(CH3OH)=0.5a/VmolL-1，该反应的平衡常数K＝c(CH3OH)/c2(H2)c(CO)＝；

③压强为p1，温度为100 ℃时，达到平衡后，平衡时转化率为0.50，CO、H2、CH3OH的物质的量分别为0.5a mol、a mol、0.5a mol，继续向其中通入0.5a mol CO、a mol H2、0.5a mol CH3OH，各物质的浓度加倍，等效于体积压缩一半，平衡正向移动，CH3OH的体积分数增大；

④a．没有说明温度压强，当n(CO)∶n(H2)∶n(CH3OH)＝1∶2∶1时，不能排判断该反应达到平衡，a错误；

b．平衡后向体积为V L的容器内继续充入He，反应物、生成物的浓度没有改变，平衡不移动，b正确；

c．使用新型催化剂，可提高反应速率，但是不能提高CO的平衡转化率，c错误；

答案选b。

(3)①反应过程中，为使SO2尽可能转化完全，可采取缓慢通入SO2，增大SO2与MnO2的接触时间，另外也可以降低温度，因为温度越高，气体在溶液中的溶解度越小；

②n(Na+)=0.3mol，n(SO32-)＋n(HSO3—)＋n(H2SO3)=0.2mol，故根据物料守恒c(Na+)=1.5[c(SO32—)＋c(HSO3—)＋c(H2SO3)]；

③ 0.2mol SO2与0.3mol NaOH反应生成0.1molNa2SO3、0.1molNaHSO3，此时c(SO32—)=0.1mol/0.1L=1molL-1，取该溶液溶液10 mL，加水稀释成1 L，稀释后c(SO32—)=0.01 mol L-1，c(SO32—) c(Ca2+)=0.01c(Ca2+)=3.1×10－7，c(Ca2+)=3.1×10－5 molL-1，m(CaCl2)= 3.1×10－5 molL-1 1L 111gL-1 1000mgg-1=3.441 mg。