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，降低了脱硫效率。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____________________________________________________ ______________________________________________________________________________________

(5)图1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．在合适的温度区间内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2中画出反应体系中c(SO₂)随时间t变化的总趋势图。

Answer 1

解析　(1)反应Ⅰ的正反应是气体总分子数增加的反应，则有ΔS>0，又知ΔH>0，该反应若能自发进行，说明ΔH－TΔS<0，高温条件下反应可自发进行。

(2)由用浓度表示的平衡常数表达式的书写方法可知，反应Ⅱ的K_p应为生成物平衡压强的幂之积与反应物平衡压强的幂之积的比值，注意固体物质不能出现在平衡常数的表达式中，故K_p＝。

(3)相同温度下，因两个反应的反应物完全相同，反应速率越大，则反应的活化能越小，因此反应Ⅰ的活化能小于反应Ⅱ的活化能；反应Ⅰ的ΔH>0，生成物的能量高于反应物的能量，反应Ⅱ的ΔH<0，生成物的能量低于反应物的能量，故C项正确。

(4)若反应体系中c(CO₂)＝c(SO₂)，则只发生反应Ⅰ；若反应体系中c(SO₂)＝0，则只发生反应Ⅱ；若反应体系中c(CO₂)>c(SO₂)且c(SO₂)≠0，则反应Ⅰ、Ⅱ同时发生。

(5)由图1可知，CO的初始体积百分数越大、温度越低，CaS的质量百分数越大，即反应Ⅱ进行的程度越大，则反应Ⅰ产生的SO₂就会减少，故B、C项正确，D项错误。向反应体系中投入石灰石，因CaCO₃＋SO₂CaSO₃＋CO₂，也会减少SO₂的产生，A项正确。

(6)因反应Ⅰ与Ⅱ同时进行，且v₁>v₂，反应Ⅰ首先达到平衡状态，在建立平衡的过程中，c(SO₂)逐渐增大。由于反应Ⅱ在进行的过程中，c(CO₂)会逐渐增大，又会导致反应Ⅰ平衡逆向移动，c(SO₂)又会逐渐减小。据此可画出c(SO₂)随时间t变化的总趋势图。

答案　(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)ABC

(6)