Question

【题目】烟气中含有 SO2 等大量有害的物质，烟气除硫的方法有多种，其中石灰石法烟气除硫工艺的主要反应如下:

ⅠCaCO3(s)CO2(g)+CaO (s) △H = + 178.2 kJ/mol

ⅡSO2(g)+CaO(s)CaSO3(s) △H = - 402 kJ/mol

Ⅲ 2CaSO3(s) + O2 (g) + 4H2O(l)2[CaSO4· 2H2O](s) △H = - 234.2 kJ/mol

（1）试写出由石灰石、二氧化硫、氧气和水反应生成生石膏的热化学方程式________________________________________________________

（2）反应Ⅱ为烟气除硫的关键，取相同用量的反应物在3种不同的容器中进行该反应，A容器保持恒温恒压，B容器保持恒温恒容，C容器保持恒容绝热，且初始时3个容器的容积和温度均相同，下列说法正确的是_______________

a．3个容器中SO2的平衡转化率的大小顺序为：αA > αB > αC

b．当A容器内气体的平均摩尔质量不变时，说明该反应处于化学平衡状态

c．A、B两个容器达到平衡所用的时间：tA > tB

d．当 C 容器内平衡常数不变时，说明该反应处于化学平衡状态

（3）依据上述反应Ⅱ来除硫，将一定量的烟气压缩到一个 20 L的容器中，测得不同温度下，容器内 SO2 的质量（mg）如下表：

时间/min SO2质量/mg 温度/℃	0	20	40	60	80	100	120
T1	2100	1052	540	199	8.7	0.06	0.06
T2	2100	869	242	x	x	x	x

①在T1温度下，计算20～40min内SO2 的反应速率____________mol/(L· min)。

②若其它条件都相同，则T1______T2（填“>”、 “<” 或 “=”，下同）； x _____ 0.06。

③在T2温度下，若平衡后将容器的容积压缩为10 L，则新平衡时SO2的浓度_____原平衡时SO2的浓度（填“>”、 “<” 或 “=”），理由是________________________________。

Answer 1

【答案】 2CaCO3（s）+O2（g）+2SO2（g）+4H2O2[CaSO4·2H2O]（s）+2CO2（g）△H=﹣681.8kJ/mol ad 2×10-5 < > = 该反应的平衡常数表达式为K = 1/c(SO2)，温度不变，平衡常数不变，所以浓度相等

【解析】（1）石灰石、二氧化硫、氧气和水反应生成生石膏的反应为2CaCO3（s）+O2（g）+2SO2（g）+4H2O2[CaSO4·2H2O]（s）+2CO2（g），根据盖斯定律，该反应等于①×2+②×2+③，计算△H=+178.2 kJ/mol×2+（-402 kJ/mol）×2+（-234.2 kJ/mol）=-681.8kJ/mol，因此热化学方程式为：2CaCO3（s）+O2（g）+2SO2（g）+4H2O2[CaSO4·2H2O]（s）+2CO2（g）△H=-681.8kJ/mol；（2）a、对于A容器，该反应是一个气体体积缩小的反应，随着反应进行气体体积减小，但要保持恒压，必须压缩体积，相当于增大压强，二氧化硫的转化率增大，B容器为恒容，随着反应的进行，气体体积缩小，二氧化硫转化率相对A要小，C容器恒温绝热，该反应为放热反应，温度升高，速率加快，平衡逆向移动，相对B二氧化硫的转化率会小，a正确；b、气体质量和物质的量均在发生改变，平均摩尔质量不是变量，不能判断平衡，b错误；c、A容器压强比B大，故反应速率快，达到平衡所需的时间A比B短，c错误；d、平衡常数只是温度的函数，温度不变，平衡常数不变，因此当 C 容器内平衡常数不变时，说明该反应处于化学平衡状态，d正确；答案选ad；（3）①根据表中数据可知在T1温度下，20～40min内消耗二氧化硫是1.052g－0.540g＝0.512g，物质的量是0.008mol，浓度是0.0004mol/L，所以SO2的反应速率v（SO2）=0.0004mol/L÷20min=2×10-5mol/（Lmin）；②因为该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，二氧化硫的含量增大，结合表格数据，T2时的含量比T1时低，若其它条件都相同，则T1＞T2；根据数据的递变规律，x＜0.06；

③在T2温度下，若平衡后将容器的容积压缩为10L，则新平衡时SO2的浓度等于原平衡时SO2的浓度，因为该反应的平衡常数表达式为k=1/c(SO2)，温度不变，平衡常数不变，所以浓度相等。