Question

7．一定条件下，通过下列反应可实现燃煤烟气中硫的回收：
2CO（g）+SO₂（g）$\stackrel{催化剂}{?}$2CO₂（g）+S（l）△H
（1）已知2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₁=-566kJ/mol
S（l）+O₂（g）═SO₂（g）△H₂=-296kJ/mol，则反应热△H=-270kJ/mol；
（2）一定温度下，向2L恒容密闭容器中通入2molCO和1molSO₂，在催化剂作用下发生反应生成CO₂（g）和S（l）．
①若反应进行到25min时测得CO₂的体积分数为0.5．则前25min的反应速率v（CO）=0.024mol．L^-1．min^-1；
②若反应进行到40min时反应达到平衡状态，此时测得容器中气体的密度比反应前减少了12.8g/L，则CO的物质的量浓度c（CO）=0.2mol．L^-1；化学平衡常数K=160；
（3）若向2L恒容密闭容器中通入2molCO和1molSO₂，反应在不同条件下进行反应：2CO（g）+SO₂（g）?2CO₂（g）+S（l）．反应体系总压强随时间的变化如图所示．
①图中三组实验从反应开始至达到平衡时的反应速率v（CO）由大到小的次序为b＞c＞a（填实验序号）；与实验a相比，c组改变的实验条件可能是升高温度；
②用P₀表示开始时总压强，P表示平衡时总压强，用α表示CO的平衡转化率，则α的表达式为a=3-$\frac{3p}{{p}_{0}}$．

Answer 1

分析 （1）已知：①2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₁=-566kJ•mol^-1
②S（l）+O₂（g）=SO₂（g）△H₂=-296kJ•mol^-1
根据盖斯定律可知，①-②可得：2CO（g）+SO₂（g）?2CO₂（g）+S（l），则△H=△H₁=-△H₂；
（2）一定条件下，向2L恒容密闭容器中通入2molCO和1molSO₂，
①设反应进行到25min时转化的CO为xmol，则：
            2CO（g）+SO₂（g）?2CO₂（g）+S（l）
起始量（mol）：2       1        0        
变化量（mol）：x       0.5x     x
25min时（mol）：2-x    1-0.5x    x
根据25min时测得CO₂的体积分数列方程计算x，再根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（CO）；
②若反应进行到40min时反应达到平衡状态，此时测得容器中气体的密度比反应前减小了12.8g．L^-1，则生成S的质量为12.8g/L×2L=25.6g，生成硫的物质的量为$\frac{25.6g}{32g/mol}$=0.8mol，则：
            2CO（g）+SO₂（g）?2CO₂（g）+S（l）
起始量（mol）：2       1         0        0
变化量（mol）：1.6     0.8       1.6      0.8 
平衡时（mol）：0.4     0.2       1.6
根据c=$\frac{n}{V}$计算c（CO），平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（CO）×c（S{O}_{2}）}$；
（3）①恒温恒容下，压强之比等于物质的量之比，单位时间内压强变化越大，说明浓度变化越大，表示的反应速率越快；
a、c开始均通入2molCO和1molSO₂，容器的容积相同，而起始时c的压强大于a，物质的量与体积一定，压强与温度呈正比关系；
②用p₀表示开始的时候的总压强，p表示平衡时的总压强，a表示CO的平衡转化率，则：
           2CO（g）+SO₂（g）?2CO₂（g）+S（l）
起始量（mol）：2       1        0       
变化量（mol）：2a      a        2a
平衡时（mol）：2-2a    1-a      2a
再根据压强之比等于物质的量之比计算解答．

解答 解：（1）已知：①2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₁=-566kJ•mol^-1
②S（l）+O₂（g）=SO₂（g）△H₂=-296kJ•mol^-1
根据盖斯定律可知，①-②可得：2CO（g）+SO₂（g）?2CO₂（g）+S（l），则△H=△H₁=-△H₂=（-566kJ•mol^-1）-（-296kJ•mol^-1）=-270kJ•mol^-1，
故答案为：-270kJ•mol^-1；
（2）一定条件下，向2L恒容密闭容器中通入2molCO和1molSO₂，
①设反应进行到25min时转化的CO为xmol，则：
            2CO（g）+SO₂（g）?2CO₂（g）+S（l）
起始量（mol）：2       1         0
变化量（mol）：x       0.5x      x
25min时（mol）：2-x    1-0.5x     x
则$\frac{x}{2-x+1-0.5x+x}$=0.5，解得x=1.2，则v（CO）=$\frac{\frac{1.2mol}{2L}}{25min}$=0.024mol．L^-1．min^-1，
故答案为：0.024mol．L^-1．min^-1；
②若反应进行到40min时反应达到平衡状态，此时测得容器中气体的密度比反应前减小了12.8g．L^-1，则生成S的质量为12.8g/L×2L=25.6g，生成硫的物质的量为$\frac{25.6g}{32g/mol}$=0.8mol，则：
           2CO（g）+SO₂（g）?2CO₂（g）+S（l）
起始量（mol）：2       1        0        0
变化量（mol）：1.6     0.8      1.6    0.8
平衡时（mol）：0.4     0.2      1.6
则平衡时c（CO）=$\frac{0.4mol}{2L}$=0.2mol．L^-1，平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（CO）×c（S{O}_{2}）}$=$\frac{（\frac{1.6}{2}）^{2}}{（\frac{0.4}{2}）^{2}×\frac{0.2}{2}}$=160，
故答案为：0.2mol．L^-1；160；
（3）①恒温恒容下，压强之比等于物质的量之比，单位时间内压强变化越大，说明浓度变化越大，表示的反应速率越快，a在60min到达平衡，压强变化40 kPa，b在40min到达平衡，压强变化40 kPa，c在45min到达平衡，压强变化35 kPa，可知反应速率：b＞c＞a；
a、c开始均通入2molCO和1molSO₂，容器的容积相同，而起始时c的压强大于a，物质的量与体积一定，压强与温度呈正比关系，故c组改变的实验条件可能是：升高温度，
故答案为：b＞c＞a；升高温度；
②用p₀表示开始的时候的总压强，p表示平衡时的总压强，a表示CO的平衡转化率，则：
           2CO（g）+SO₂（g）?2CO₂（g）+S（l）
起始量（mol）：2       1        0
变化量（mol）：2a      a        2a
平衡时（mol）：2-2a    1-a      2a
压强之比等于物质的量之比，则p₀：p=3：（2-2a+1-a+2a），整理可得a=3-$\frac{3p}{{p}_{0}}$，
故答案为：a=3-$\frac{3p}{{p}_{0}}$．

点评 本题综合考查化学平衡的有关计算、化学平衡影响因素、平衡常数、反应热计算等知识，为高考常见题型，侧重于学生的分析、计算能力的考查，注意掌握化学平衡计算中三段式的应用，难度中等．