Question

8．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）△H₁=218.4kJ•mol^-1（反应Ⅰ）
CaSO₄（s）+4CO（g）?CaS（s）+4CO₂（g）△H₂=-175.6kJ•mol^-1（反应Ⅱ）
请回答下列问题：
（1）反应Ⅰ能够自发进行的条件是高温．
（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浓度c（B），则反应Ⅱ的K_p=$\frac{{P}^{4}（C{O}_{2}）}{{P}^{4}（CO）}$（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C．

（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，理由是如果气体中SO₂和CO₂浓度之比随时间变化，则两个反应同时进行．
（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ABC．
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

分析 （1）反应能自发进行，应满足△H-T•△S＜0；
（2）表示平衡常数Kp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），可根据平衡常数的表达式书写，平衡常数等于气体生成物浓度幂之积除以气体反应物浓度幂之积；
（3）反应Ⅰ为吸热反应，反应Ⅱ为放热反应，结合反应物与生成物总能量大小之间的关系判断；
（4）反应Ⅰ生成SO₂和CO₂，反应Ⅱ只生成CO₂，如同时发生，则两种气体的浓度比会随时间发生变化；
（5）由反应Ⅰ可知生成二氧化硫的反应为吸热反应，则低温下不利于生成二氧化硫；
（6）反应Ⅰ和Ⅱ同时发生，且v₁＞v₂，因反应Ⅰ为吸热反应，反应Ⅱ为放热反应，则温度逐渐降低，反应速率逐渐减小．

解答 解：（1）反应Ⅰ吸热，则△H＞0，由方程式可知△＞0，反应能自发进行，应满足△H-T•△S＜0，则应在较高温度下进行，故答案为：高温；
（2）由题意可知，反应Ⅱ的Kp=$\frac{{P}^{4}（C{O}_{2}）}{{P}^{4}（CO）}$，故答案为：$\frac{{P}^{4}（C{O}_{2}）}{{P}^{4}（CO）}$；
（3）反应Ⅰ为吸热反应，反应Ⅱ为放热反应，则A、D错误；反应Ⅰ的速率（v₁）大于反应Ⅱ的速率（v₂），则反应Ⅱ的活化能较大，则B错误、C正确，
故答案为：C；
（4）反应Ⅰ生成SO₂和CO₂，反应Ⅱ只生成CO₂，如同时发生，则两种气体的浓度比随时间会发生变化，
故答案为：如果气体中SO₂和CO₂浓度之比随时间变化，则两个反应同时进行；
（5）A．向该反应体系中投入石灰石，可使更多的二氧化硫转化为硫酸钙，减少二氧化硫的排放，故A正确；
B．由反应Ⅰ可知生成二氧化硫的反应为吸热反应，则低温下不利于生成二氧化硫，则应在合适的温度区间内控制较低的反应温度，故B正确；
C．由图象可知，提高CO的初始体积百分数，增大CaS的质量分数，减少二氧化硫的排放，故C正确；
D．提高反应体系的温度，不利于二氧化硫的减少，故D错误．
故答案为：ABC；
（6）反应Ⅰ和Ⅱ同时发生，且v₁＞v₂，所以刚开始生成二氧化硫速率快，随着反应2进行，生成二氧化碳越来越多，促使第一个反应平衡向左移动，导致二氧化硫的量降低，直到达到平衡不变．
则图象应为，故答案为：．

点评 本题为2014浙江高考题，涉及化学平衡以及反应热与焓变的考查，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，题目较为综合，涉及面广，题目难度较大．