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用CaSO4代替O2与燃料CO反应,既可提高燃烧效率,又能得到高纯CO2,是一种高效、清洁、经济的新型燃烧技术。反应①为主反应,反应②和③为副反应。

①CaSO4(s)+CO(g)CaS(s)+CO2(g) 

ΔH1=-47.3 kJ·mol-1

②CaSO4(s)+CO(g)CaO(s)+CO2(g)+SO2(g) ΔH2=+210.5 kJ·mol-1

③CO(g)C(s)+CO2(g) ΔH3=-86.2 kJ·mol-1

(1)反应2CaSO4(s)+7CO(g)CaS(s)+CaO(s)+6CO2(g) +C(s)+SO2(g)的ΔH=________(用ΔH1、ΔH2和ΔH3表示)。

(2)反应①~③的平衡常数的对数lg K随反应温度T的变化曲线如图所示。结合各反应的ΔH,归纳lg K~T曲线变化规律:

a.________;      b.________。

(3)向盛有CaSO4的真空恒容密闭容器中充入CO,反应①于900 ℃达到平衡,c平衡(CO)=8.0×10-5mol·L-1,计算CO的转化率(忽略副反应,结果保留两位有效数字)。

(4)为减少副产物,获得更纯净的CO2,可在初始燃料中适量加入________。

(5)以反应①中生成的CaS为原料,在一定条件下经原子利用率100%的高温反应,可再生CaSO4,该反应的化学方程式为______________________________________,在一定条件下,CO2可与对二甲苯反应,在其苯环上引入一个羧基,产物的结构简式为________。


(1)4ΔH1+ΔH2+2ΔH3

(2)a.放热反应, lg K随T增大而减小;吸热反应, lg K随T增大而增大 b.焓变越大,lgK随T的变化程度越大

(3)99% 

(4)Ca(ClO)2(或KClO3、KMnO4等氧化性物质) 

(5)CaS+2O2CaSO4         

[解析] (1)将给定的三个热化学方程式按照①×4+②+③×2相加可得目标方程式,故ΔH=4ΔH1+ΔH2+2ΔH3。

(2)反应①为放热反应,由图可看出,随着温度的升高,放热反应的平衡常数的对数在减小,故曲线Ⅰ表示反应③,曲线Ⅱ表示反应②。

(3)设开始时c(CO)=a,转化的c(CO)=x,则a-x=8.0×10-5 mol·L-1。根据方程式可知,生成的c(CO2)= x,平衡常数K=== 。由图示可知,在900 ℃时,lg K=2,K=100,则x=8.0×10-3 mol·L-1,故CO的转化率=×100%≈99%。

(4)由于CO2气体中主要含有SO2气体,该气体具有比较强的还原性,故可加入具有氧化性的物质来除去,该氧化性的物质有Ca(ClO)2、KClO3、KMnO4等。(5)由于要求原子利用率为100%,故反应类型属于化合反应,可将CaS在高温下与O2反应制取CaSO4,反应的方程式为CaS+2O2CaSO4;对二甲苯的结构简式为

 


苯环上只有一类氢原子,故在苯环上引入1个羧基,产物仅有1种,

 


其结构为


练习册系列答案
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元素单质及其化合物有广泛用途,请根据周期表中第三周期元素相关知识回答下列问题:

(1)按原子序数递增的顺序(稀有气体除外),以下说法正确的是________。

a.原子半径和离子半径均减小

b.金属性减弱,非金属性增强

c.氧化物对应的水化物碱性减弱,酸性增强

d.单质的熔点降低

(2)原子最外层电子数与次外层电子数相同的元素名称为________,氧化性最弱的简单阳离子是________。

(3)已知:

 化合物

MgO

Al2O3

MgCl2

AlCl3

类型

离子化合物

离子化合物

离子化合物

共价化合物

熔点/℃

2800

2050

714

191

工业制镁时,电解MgCl2而不电解MgO的原因是__________________________________;

制铝时,电解Al2O3而不电解AlCl3的原因是______________________________。

(4)晶体硅(熔点1410 ℃)是良好的半导体材料。由粗硅制纯硅过程如下:

Si(粗)SiCl4SiCl4(纯)Si(纯)

写出SiCl4的电子式:________________;在上述由SiCl4制纯硅的反应中,测得每生成1.12 kg纯硅需吸收a kJ热量,写出该反应的热化学方程式:________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(5)P2O5是非氧化性干燥剂,下列气体不能用浓硫酸干燥,可用P2O5干燥的是________。

a.NH3   b.HI  c.SO2  d.CO2

(6)KClO3可用于实验室制O2,若不加催化剂,400 ℃时分解只生成两种盐,其中一种是无氧酸盐,另一种盐的阴阳离子个数比为1∶1。写出该反应的化学方程式:________________________________________________________________________。

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