Question

19．硫单质及其化合物在工农业生产中有着重要的应用，请回答下列问题：

（1）一种煤炭脱硫技术可以把硫元素以CaSO₄的形成固定下来，但产生的CO又会与CaSO₄发生化学反应，相关的热化学方程式如下：
①CaSO₄（s）+CO（g）?CaO（s）+SO₂（g）+CO₂（g）△=+210.5kJ•mol^-1
②$\frac{1}{4}$CaSO₄（s）+CO（g）?$\frac{1}{4}$CaS（s）+CO₂（g）△=-47.3kJ•mol^-1
反应：CaO（s）+3CO（g）+SO₂（g）?CaS（s）+3CO₂（g）△H=-399.7kJ•mol^-1
平衡常数K的表达式为$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）c（S{O}_{2}）}$．
（2）图1为密闭容器中H₂S气体分解生产H₂和S₂（g）的平衡转化率与温度、压强的关系．
图1中压强P₁、P₂、P₃的大小顺序为P₁＜P₂＜P₃，理由是反应前后气体体积增大，增大压强，平衡逆向进行，该反应平衡常数的大小关系为K（T₁）＜K（T₂）（“＞”“=”或“＜”），理由是反应是吸热反应，升温，平衡正向进行，平衡常数增大
（3）在一定条件下，二氧化硫和氧气发生反应：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃△H＜0
①600℃时，在一密闭容器中，将二氧化硫和氧气混合，反应过程中SO₂、O₂、SO₃物质的量变化如图2，反应处于平衡状态的15-20min和25-30min时间段所示
②据图2判断，反应进行至20min时，曲线发生变化的原因是增大氧气的浓度（用文字表达）：10min到15min的曲线变化的原因可能是AB（填写编号）
A．加了催化剂
B．缩小容器体积
C．降低温度
D．增加SO₂的物质的量
（4）烟气中SO₂可用某浓度NaOH溶液吸收得到Na₂SO₃和NaHSO₃混合溶液，且所得溶液呈中性，该溶液中c（Na⁺）=2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）（用含硫微粒浓度的代数式表示）

Answer 1

分析 （1）①CaSO₄（s）+CO（g）?CaO（s）+SO₂（g）+CO₂（g）△=+210.5kJ•mol^-1
②$\frac{1}{4}$CaSO₄（s）+CO（g）?$\frac{1}{4}$CaS（s）+CO₂（g）△=-47.3kJ•mol^-1
结合盖斯定律可知，②×4-①得到CaO（s）+3CO（g）+SO₂（g）?CaS（s）+3CO₂（g），K为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比；
（2）发生2H₂S（g）?2H₂（g）+S₂（g），该反应为气体体积增大的反应，增大压强平衡逆向移动，转化率减小；由图可知，温度越高，转化率越大；
（3）①平衡时物质的量不发生变化；
②反应进行至20min时，氧气的浓度瞬间增大；10min到15min的曲线斜率增大，反应速率加快，且反应物浓度减小；
（4）得到Na₂SO₃和NaHSO₃混合溶液，且所得溶液呈中性，存在c（H⁺）=c（OH^-），c（Na⁺）+c（H⁺）=c（OH^-）+2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）．

解答 解：（1）（1）①CaSO₄（s）+CO（g）?CaO（s）+SO₂（g）+CO₂（g）△=+210.5kJ•mol^-1
②$\frac{1}{4}$CaSO₄（s）+CO（g）?$\frac{1}{4}$CaS（s）+CO₂（g）△=-47.3kJ•mol^-1
结合盖斯定律可知，②×4-①得到CaO（s）+3CO（g）+SO₂（g）?CaS（s）+3CO₂（g），
则△H=（-47.3kJ•mol^-1）×4-（+210.5kJ•mol^-1）=-399.7kJ/mol；
K=$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）c（S{O}_{2}）}$，
故答案为：-399.7；$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）c（S{O}_{2}）}$；
（2）图1中压强P₁、P₂、P₃的大小顺序为P₁＜P₂＜P₃；理由是反应前后气体体积增大，增大压强，平衡逆向进行；由图可知，温度越高，转化率越大，则该反应为吸热反应，升高温度，K增大，即K（T₁）＜K（T₂），
故答案为：P₁＜P₂＜P₃；反应前后气体体积增大，增大压强，平衡逆向进行；＜；反应是吸热反应，升温，平衡正向进行，平衡常数增大；
（3）①平衡时物质的量不变，则反应处于平衡状态的15-20min和25-30min时间段所示，故答案为：15-20min和25-30min；
②反应进行至20min时，氧气的浓度瞬间增大，则曲线发生变化的原因是增大氧气的浓度；10min到15min的曲线斜率增大，反应速率加快，反应物浓度减小，加催化剂、缩小体积均符合，C中降低温度，反应速率减小，D中二氧化硫浓度增大，故选AB，
故答案为：增大氧气的浓度；AB；
（4）得到Na₂SO₃和NaHSO₃混合溶液，且所得溶液呈中性，存在c（H⁺）=c（OH^-），c（Na⁺）+c（H⁺）=c（OH^-）+2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-），则c（Na⁺）=2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-），故答案为：2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）．

点评 本题考查化学平衡的计算，为高频考点，把握盖斯定律应用、图象及平衡移动、离子浓度关系为解答的关键，侧重分析与计算能力的考查，综合性较强，题目难度不大．