Question

13．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：
Ⅰ．CaCO₃（s）?CO₂（g）+CaO（s）△H=+178.2kJ/mol
Ⅱ．SO₂（g）+CaO（s）?CaSO₃（s）△H=-402kJ/mol
Ⅲ.2CaSO₃（s）+O₂（g）+4H₂O（l）?2[CaSO₄•2H₂O]（s）△H=-234.2kJ/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2CaCO₃（s）+O₂（g）+2SO₂（g）+4H₂O（l）?2[CaSO₄.2H₂O]（s）+2CO₂（g）△H=-681.8kJ/mol．
（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ad
a.3个容器中SO₂的转化率的大小顺序：a_A＞a_B＞a_C
b．当A容器内气体的平均摩尔质量不变时，说明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：t_A＞t_B
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20L的容器中，测得不同温度下，容器内SO₂的质量（mg）如下表

	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2×10^-5mol/（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10L，则新平衡时SO₂的浓度=原平衡时SO₂的浓度（填“＞”、“＜”或“=”），理由是该反应的平衡常数表达式为k=$\frac{1}{c（S{O}_{2}）}$，温度不变，平衡常数不变，所以浓度相等．

Answer 1

分析 （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）+4H₂O（l）?2[CaSO₄.2H₂O]（s）+2CO₂（g），根据盖斯定律，该反应等于①×2+②×2+③，计算△H；
（2）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，相当与增大压强，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；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；平衡常数只是温度的函数，温度不变，平衡常数不变；
（3）①在T₁温度下，计算20-40min内SO₂的反应速率v（SO₂）=[（1052-540）×10-3]÷64÷20÷20=2×10^-5mol/（L•min；
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；
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=$\frac{1}{c（S{O}_{2}）}$，温度不变，平衡常数不变，所以浓度相等．

解答 解：（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）+4H₂O（l）?2[CaSO₄.2H₂O]（s）+2CO₂（g），根据盖斯定律，该反应等于①×2+②×2+③，计算△H=+178.2ײ⁺（-402）×2+（-234.2）=-681.8kJ/mol，故答案为：2CaCO₃（s）+O₂（g）+2SO₂（g）+4H₂O（l）?2[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，相当与增大压强，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，故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，故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，故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，平衡，故d正确；
故答案为：ad；
（3）①在T₁温度下，计算20-40min内SO₂的反应速率v（SO₂）=[（1052-540）×10-3]÷64÷20÷20=2×10^-5mol/（L•min），故答案为：2×10^-5；
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，故答案为：＞；＜；
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=$\frac{1}{c（S{O}_{2}）}$，温度不变，平衡常数不变，所以浓度相等，故答案为：=；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．

点评 本题考查化学反应的速率、化学平衡常数表达式、化学平衡的移动和反应的自发性等，题目难度中等，注意相关知识的积累．