Question

【題目】煙氣中含有 SO2 等大量有害的物質，煙氣除硫的方法有多種，其中石灰石法煙氣除硫工藝的主要反應如下:

ⅠCaCO3(s)CO2(g)+CaO (s) △H = + 178.2 kJ/mol

ⅡSO2(g)+CaO(s)CaSO3(s) △H = - 402 kJ/mol

Ⅲ 2CaSO3(s) + O2 (g) + 4H2O(l)2[CaSO4· 2H2O](s) △H = - 234.2 kJ/mol

（1）試寫出由石灰石、二氧化硫、氧氣和水反應生成生石膏的熱化學方程式________________________________________________________

（2）反應Ⅱ為煙氣除硫的關鍵，取相同用量的反應物在3種不同的容器中進行該反應，A容器保持恒溫恒壓，B容器保持恒溫恒容，C容器保持恒容絕熱，且初始時3個容器的容積和溫度均相同，下列說法正確的是_______________

a．3個容器中SO2的平衡轉化率的大小順序為：αA > αB > αC

b．當A容器內氣體的平均摩爾質量不變時，說明該反應處于化學平衡狀態

c．A、B兩個容器達到平衡所用的時間：tA > tB

d．當 C 容器內平衡常數不變時，說明該反應處于化學平衡狀態

（3）依據上述反應Ⅱ來除硫，將一定量的煙氣壓縮到一個 20 L的容器中，測得不同溫度下，容器內 SO2 的質量（mg）如下表：

時間/min SO2質量/mg 溫度/℃	0	20	40	60	80	100	120
T1	2100	1052	540	199	8.7	0.06	0.06
T2	2100	869	242	x	x	x	x

①在T1溫度下，計算20～40min內SO2 的反應速率____________mol/(L· min)。

②若其它條件都相同，則T1______T2（填“>”、 “<” 或 “=”，下同）； x _____ 0.06。

③在T2溫度下，若平衡后將容器的容積壓縮為10 L，則新平衡時SO2的濃度_____原平衡時SO2的濃度（填“>”、 “<” 或 “=”），理由是________________________________。

Answer 1

【答案】 2CaCO3（s）+O2（g）+2SO2（g）+4H2O2[CaSO4·2H2O]（s）+2CO2（g）△H=﹣681.8kJ/mol ad 2×10-5 < > = 該反應的平衡常數表達式為K = 1/c(SO2)，溫度不變，平衡常數不變，所以濃度相等

【解析】（1）石灰石、二氧化硫、氧氣和水反應生成生石膏的反應為2CaCO3（s）+O2（g）+2SO2（g）+4H2O2[CaSO4·2H2O]（s）+2CO2（g），根據蓋斯定律，該反應等于①×2+②×2+③，計算△H=+178.2 kJ/mol×2+（-402 kJ/mol）×2+（-234.2 kJ/mol）=-681.8kJ/mol，因此熱化學方程式為：2CaCO3（s）+O2（g）+2SO2（g）+4H2O2[CaSO4·2H2O]（s）+2CO2（g）△H=-681.8kJ/mol；（2）a、對于A容器，該反應是一個氣體體積縮小的反應，隨著反應進行氣體體積減小，但要保持恒壓，必須壓縮體積，相當于增大壓強，二氧化硫的轉化率增大，B容器為恒容，隨著反應的進行，氣體體積縮小，二氧化硫轉化率相對A要小，C容器恒溫絕熱，該反應為放熱反應，溫度升高，速率加快，平衡逆向移動，相對B二氧化硫的轉化率會小，a正確；b、氣體質量和物質的量均在發生改變，平均摩爾質量不是變量，不能判斷平衡，b錯誤；c、A容器壓強比B大，故反應速率快，達到平衡所需的時間A比B短，c錯誤；d、平衡常數只是溫度的函數，溫度不變，平衡常數不變，因此當 C 容器內平衡常數不變時，說明該反應處于化學平衡狀態，d正確；答案選ad；（3）①根據表中數據可知在T1溫度下，20～40min內消耗二氧化硫是1.052g－0.540g＝0.512g，物質的量是0.008mol，濃度是0.0004mol/L，所以SO2的反應速率v（SO2）=0.0004mol/L÷20min=2×10-5mol/（Lmin）；②因為該反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，二氧化硫的含量增大，結合表格數據，T2時的含量比T1時低，若其它條件都相同，則T1＞T2；根據數據的遞變規律，x＜0.06；

③在T2溫度下，若平衡后將容器的容積壓縮為10L，則新平衡時SO2的濃度等于原平衡時SO2的濃度，因為該反應的平衡常數表達式為k=1/c(SO2)，溫度不變，平衡常數不變，所以濃度相等。