Question

【題目】中新社北京2017年2月25日電，總裝機達到672萬千瓦的世界在役最大火力發電廠在內蒙古投入商業運營。火力發電排放的CO、CO2、SO2等物質對環境影響極大，需分離并進行利用，變廢為寶。

（1）火電產生的CO在高溫下可將SO2還原為S，已知：

C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH1=a kJ·mol1

CO2(g)+C(s)2CO(g) ΔH2=+b kJ·mol1

S(s)+O2(g)SO2(g) ΔH3=c kJ·mol1

①a、b、c均大于0，請寫出CO除SO2的熱化學方程式：__________________________。

②根據傳感器記錄某溫度下CO、SO2的反應進程，測量SO2濃度與時間數據繪制出如圖，前1 min內用生成物表示的化學反應速率為_____________，第2 min時的X值范圍為_____________。

（2）火力發電廠CO主要來源于反應：C(s)+CO2(g)2CO(g)。若一定量的CO2與足量的碳在體積可變的恒壓密閉容器中發生該反應，其壓強為p，平衡時，體系中氣體體積分數與溫度的關系如圖所示：

①T℃時，若充入氮氣，平衡向_____________（填“正反應方向移動”“逆反應方向移動”或“不移動”）。

②用平衡分壓代替平衡濃度計算，其中，分壓=總壓×物質的量分數。則800℃時的平衡常數Kp=____________（列式即可，氣體總壓可記作p總）。

（3）CO在高溫下與H2O反應可獲得合成氨所需H2，若在等容條件下合成氨：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)(ΔH<0)，改變其他反應條件，在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ階段體系中各物質濃度隨時間變化的曲線如圖所示：

①H2的平衡轉化率αⅠ(H2)、αⅡ(H2)、αⅢ(H2)中最大的是___________，其值是___________。

②由第一次平衡到第二次平衡，采取的措施是______________________。

③比較第Ⅱ階段反應溫度(T2)和第Ⅲ階段反應溫度(T3)的高低：T2__________T3（填“<”“>”或“=”），判斷的理由是______________________。

Answer 1

【答案】（1）①2CO(g)+SO2(g)S(s)+2CO2(g) ΔH=cab kJ·mol1（2分） ②1.08 mol/(L·min)（1分） 30.6>X>25.2（2分）

（2）①正反應方向移動（1分） ②（2分）

（3）①αⅠ(H2)（1分） 50%（2分） ②從反應體系中分離出產物NH3（1分）

③>（1分） 此反應為放熱反應，降低溫度，平衡向正反應方向移動（1分）

【解析】（1）①題給第一個熱化學方程式第二個熱化學方程式第三個熱化學方程式即得CO除SO2的熱化學方程式：2CO(g)+SO2(g)S(s)+2CO2(g) ΔH=(ab+c) kJ·mol1=cab kJ·mol1。

②前1 min內SO2的反應速率v(SO2)=，由于生成物S是固體，不能用來表示反應速率，用CO2表示的反應速率為SO2表示的反應速率的2倍，即為1.08 mol/(L·min)。因為隨著反應進行，反應速率越來越小，所以第2 min消耗的SO2小于第1 min消耗的SO2，則30.6>X>30.65.4=25.2。

（2）①若充入氮氣，保持壓強不變，則容器體積增大，相當于減壓，平衡向正反應方向移動。

②由于該反應在體積可變的恒壓密閉容器中進行，所以達平衡時總壓為p總，800℃時CO的體積分數為93.0%，則CO2的體積分數為7.0%，所以用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學平衡常數Kp=。

（3）①H2的平衡轉化率αⅠ(H2)=×100%=50%，αⅡ(H2)=×100%=38%，

αⅢ(H2)=×100%=19%，故H2的平衡轉化率αⅠ(H2)、αⅡ(H2)、αⅢ(H2)中最大的是αⅠ(H2)。

②第Ⅱ階段NH3是從0開始的，瞬間N2、H2濃度不變，因此可以確定第一次平衡后從體系中移出了NH3，即減少生成物濃度，平衡正向移動。

③由圖示可知，Ⅱ→Ⅲ，平衡正向移動，由于正反應是放熱反應，故Ⅱ→Ⅲ是降溫過程，即T2>T3。