Question

【題目】煤炭燃燒過程中會釋放出大量的SO2，嚴重破壞生態環境。采用一定的脫硫技術可以把硫元素以CaSO4的形式固定，從而降低SO2的排放。但是煤炭燃燒過程中產生的CO又會與CaSO4發生化學反應，降低脫硫效率。相關反應的熱化學方程式如下：

CaSO4(s)+CO(g) CaO(s) + SO2(g) + CO2(g) ΔH1=+218.4kJ·mol-1(反應Ⅰ)

CaSO4(s)+4CO(g) CaS(s) + 4CO2(g) ΔH2= -175.6kJ·mol－1(反應Ⅱ)

請回答下列問題：

（1）假設某溫度下，反應Ⅰ的速率(v1)大于反應Ⅱ的速率(v2)，則下列反應過程能量變化示意圖正確的是_____________。

（2）通過監測反應體系中氣體濃度的變化可判斷反應Ⅰ和Ⅱ是否同時發生，理由是 ______________。

（3）在溫度、容積相同且不變的3個密閉容器中，按不同方式投入反應物，保持恒溫、恒容，測得反應達到平衡時的有關數據如圖二(已知2SO2(g)＋O2(g)=2SO3(g) △H=196.6kJ·mol－1)

A．2c1______c3 B．a＋b______196.6 C．2p2______p3 D．α1＋α3______1（填>，=，<）

（4） “亞硫酸鹽法”吸收煙氣中的SO2。室溫條件下，將煙氣通入氨水溶液中，測得溶液pH與含硫組分物質的量分數的變化關系如圖三所示。

請寫出a點時n(HSO3-)：n(H2SO3)=______，b點時溶液pH=7，則n(NH4+)：n(HSO3-)=___。

（5）催化氧化法去除NO，一定條件下，用NH3消除NO污染，其反應原理為4NH3+6NO5N2+ 6H2O。不同溫度條件下，n(NH3):n(NO)的物質的量之比分別為4：l、3：l、1：3時，得到NO脫除率曲線如圖四所示：

①曲線c對應NH3與NO的物質的量之比是______。

② 曲線a中NO的起始濃度為6×10-4mg/m3，從A點到B點經過0.8s，該時間段內NO的脫除速率為_____mg/(m3·s)。

（6）已知Ksp(BaSO4)=1×10-10，Ksp(BaCO3)=2．5×10-9，向0.4mol/LNa2SO4的溶液中加入足量BaCO3粉末（忽略體積變化），充分攪拌，發生反應SO (aq)＋BaCO3 (s) BaSO4 (s)＋CO (aq) 靜置后沉淀轉化達到平衡。此時溶液中的c(SO)＝________mol·L－1(小數點后兩位).

Answer 1

【答案】 D 有無二氧化硫可知反應I是否發生，如c(CO2)=c(SO2)，則反應II未發生，如c(CO2)>c(SO2)，則反應同時發生 < = > < 1:1 3:1 1：3 1.5×10-4 0.02 mol·L－1

【解析】試題分析：（1）某溫度下，反應Ⅰ的速率(v1)大于反應Ⅱ的速率(v2)，說明反應Ⅰ的活化能小于反應Ⅱ；反應Ⅰ吸熱、反應Ⅱ放熱；（2）若沒有二氧化硫，則反應I未發生；若c(CO2)=c(SO2)，則反應II未發生；若c(CO2)>c(SO2)，則反應同時發生；(3)根據一邊倒的原則，甲乙為等效平衡；丙的投料為甲、乙的2倍；（4）根據圖示，a點c(HSO3-)、c(H2SO3)相等；b點時溶液c(HSO3-)= c(SO32-)，c(H+)= c(OH-)，根據電荷守恒，c(HSO3-)+ 2c(SO32-)+ c(OH-)=c(NH4+)+ c(H+)；（5）①NH3比例越大，NO轉化率越大；②曲線a中NO的起始濃度為6×10-4mg/m3，從A點到B點NO的轉化率由55%到75%，NO濃度變化為1.2×10-4mg/m3；（6）發生反應SO (aq)＋BaCO3 (s) BaSO4 (s)＋CO (aq) 靜置后沉淀轉化達到平衡， 。

解析：（1）某溫度下，反應Ⅰ的速率(v1)大于反應Ⅱ的速率(v2)，說明反應Ⅰ的活化能小于反應Ⅱ；反應Ⅰ吸熱、反應Ⅱ放熱，故選D。（2）若沒有二氧化硫，則反應I未發生；若c(CO2)=c(SO2)，則反應II未發生；若c(CO2)>c(SO2)，則反應同時發生；所以通過監測反應體系中氣體濃度的變化可判斷反應Ⅰ和Ⅱ是否同時發生。(3)根據一邊倒的原則，丙的投料為甲的2倍，可以假設丙體積為甲的2倍，甲、丙為等效平衡，轉化率的和為1，平衡時丙中SO3的物質的量是甲的2倍，平衡后縮小丙的體積與甲相同，丙平衡向生成SO3的方向移動，丙中SO3的轉化率減小，轉化率的和小于1，即α1＋α3<1，丙SO3的濃度大于甲的2倍，即2c1<c3 ；根據一邊倒的原則，甲乙為等效平衡，甲由正方向建立平衡，乙由逆方向建立平衡，所以a＋b=196.6；丙的投料為乙的2倍，可以假設丙體積為甲的2倍，乙、丙為等效平衡，平衡時丙中氣體的物質的量是乙的2倍，平衡后縮小丙的體積與乙相同，丙平衡向生成SO3的方向移動，丙SO3的濃度大于甲的2倍，所以2p2>p3；（4）根據圖示，a點c(HSO3-)、c(H2SO3)相等，所以a點時n(HSO3-)：n(H2SO3)=1:1；b點時溶液c(HSO3-)= c(SO32-)，c(H+)= c(OH-)，根據電荷守恒，c(HSO3-)+ 2c(SO32-)+ c(OH-)=c(NH4+)+ c(H+)，所以c(NH4+)=3 c(HSO3-)，n(NH4+)：n(HSO3-)=3:1；（5）①NH3比例越大，NO轉化率越大，曲線c對應NH3與NO的物質的量之比是1:3；②曲線a中NO的起始濃度為6×10-4mg/m3，從A點到B點NO的轉化率由55%到75%，NO濃度變化為1.2×10-4mg/m3， 1.5×10-4 mg/(m3·s)； （6）設反應后c(SO)＝xmol·L－1，則消耗c(SO)＝（0.4-x）mol·L－1，生成c(CO)=（0.4-x）mol·L－1；SO (aq)＋BaCO3 (s) BaSO4 (s)＋CO (aq) 靜置后沉淀轉化達到平衡， ，解得x=0.02 mol·L－1。