Question

煤炭燃烧过程中会释放出大量的SO₂，严重破坏生态环境。采用一定的脱硫技术可以把硫元素以CaSO₄的形式固定，从而降低SO₂的排放。但是煤炭燃烧过程中产生的CO又会与CaSO₄发生化学反应，降低脱硫效率。相关反应的热化学方程式如下：

CaSO₄(s)＋CO(g)CaO(s) ＋ SO₂(g) ＋ CO₂(g)　ΔH₁＝218.4 kJ·mol^－1(反应Ⅰ)

CaSO₄(s)＋4CO(g)CaS(s) ＋ 4CO₂(g)　ΔH₂＝－175.6 kJ·mol^－1(反应Ⅱ)

请回答下列问题：

(1)反应Ⅰ能够自发进行的反应条件是________。

(2)对于气体参与的反应，表示平衡常数K_p时用气体组分(B)的平衡压强p(B)代替该气体物质的量的浓度c(B)，则反应Ⅱ的K_p＝________(用表达式表示)。

(3)假设某温度下，反应Ⅰ的速率(v₁ )大于反应Ⅱ的速率(v₂ )，则下列反应过程能量变化示意图正确的是________。

(4)通过监测反应体系中气体浓度的变化可判断反应Ⅰ和Ⅱ是否同时发生，理由是____________________________________________________________________。

　　　　　　　              　A　　　　　　B

　　　　　　　               　C　　　　　　D

(5)图(a)为实验测得不同温度下反应体系中CO初始体积百分数与平衡时固体产物中CaS质量百分数的关系曲线。则降低该反应体系中SO₂生成量的措施有________。

A．向该反应体系中投入石灰石

B．在合适的温度区间控制较低的反应温度

C．提高CO的初始体积百分数

D．提高反应体系的温度

(6)恒温恒容条件下，假设反应Ⅰ和Ⅱ同时发生，且v₁>v₂，请在图(b)画出反应体系中c(SO₂)随时间t变化的总趋势图。

　

　　　　　(a)　　　　　　　　　　　　(b)

Answer 1

(1)高温　(2　(3)C

(4)如果气相中SO₂和CO₂两种气体的浓度之比随时间发生变化，则表明两个反应同时发生

(5)A、B、C

(6)

[解析] (1)反应Ⅰ是一个熵增焓增的反应，由ΔG＝ΔH －TΔS知，只有在高温下反应Ⅰ的ΔG才有可能小于0，反应才具有自发性。(3)由于反应Ⅰ是吸热反应，故反应Ⅰ生成物所具有的能量高于反应物，A、D项排除；反应Ⅰ的速率(v₁)大于反应Ⅱ的速率(v₂)，说明反应Ⅰ的活化分子百分数比较大、活化能低于反应Ⅱ，反应Ⅰ的中间产物所具有的能量低，B排除。(4)因反应Ⅱ中没有SO₂生成，故若监测过程中，SO₂、CO₂浓度比保持不变，说明只发生反应Ⅰ，若发生变化，则说明反应Ⅰ、Ⅱ同时进行。(5)加入的石灰石分解可生成CO₂，这有利于两个反应的平衡向左进行，从而可减少SO₂的生成，A项可行；由图像知，初始的CO浓度越大、温度低些时，CaS的含量越高，依硫守恒知，此条件下生成的SO₂较少，B、C项可行，D项不可行。(6)因反应Ⅰ的速率大于反应Ⅱ的速率，故开始时体系内c(SO₂)是快速增大的，随着第Ⅱ个反应中生成的CO₂的增加，SO₂的百分含量又会降低，当达到平衡时其百分含量会保持不变，由此可绘制出相应的图像。