Question

【題目】目前，處理煙氣中 SO2 常采用兩種方法：堿液吸收法和水煤氣還原法。

Ⅰ.堿液吸收法

25℃時，Kb(NH3·H2O)＝1.8×10－5；H2SO3：Ka1＝1.5×10－2，Ka2＝1.0×10－7；Ksp(CaSO4)＝7.1×10－5。

第1步：用過量的濃氨水吸收 SO2，并在空氣中氧化；

第2步：加入石灰水，發生反應 Ca2＋＋2OH－＋2NH4＋＋SO42－CaSO4↓＋2NH3·H2O K。

(1)25℃時，0.1 mol·L－1(NH4)2SO3 溶液的 pH_____(填“>”“<”或“＝”)7。

(2)計算第2步中反應的 K＝_____。

Ⅱ.水煤氣還原法

已知：①2CO(g)＋SO2(g)=S(l)＋2CO2(g) ΔH1＝－37.0 kJ·mol－1

②2H2(g)＋SO2(g)=S(l)＋2H2O(g) ΔH2＝＋45.4 kJ·mol－1

③CO 的燃燒熱ΔH3＝－283 kJ·mol－1

(3)表示液態硫(S)的燃燒熱的熱化學方程式為_________。

(4)反應②中，正反應活化能 E1_____(填“>”“<”或“＝”)ΔH2。

(5)在一定壓強下，發生反應①。平衡時SO2的轉化率α(SO2)與投料比的比值[＝y]、溫度 T 的關系如圖所示。

比較平衡時CO的轉化率α(CO)：N_____M。逆反應速率：N_____P(填“>”“<”或“＝”)。

(6)某溫度下，向10L恒容密閉容器中充入2molH2、2 molCO和2molSO2發生反應①、②，第5min時達到平衡，測得混合氣體中CO2、H2O(g)的物質的量分別為1.6 mol、1.8 mol。

①該溫度下，反應②的平衡常數K為_____。

②其他條件不變，在第 7 min 時縮小容器體積，SO2的平衡濃度_____(填“增大”“減小”或“不變”)。

Answer 1

【答案】> 4.3×1013 S(l)＋O2(g)=SO2(g) ΔH＝－529 kJ·mol-1 > > < 2700 增大

【解析】

(1)根據Kb(NH3H2O)=1.8×10-5＞Ka2(H2SO3)=1.0×10-7，分析判斷；

(2)第2步：加入石灰水，發生反應Ca2++2OH-+2NH4++SO42-CaSO4↓+2NH3H2O，化學平衡常數K=，結合電離平衡常數和溶度積常數分析計算；

(3)根據蓋斯定律分析解答；

(4)根據焓變△H2=E1-E2結合反應②為吸熱反應分析判斷；

(5)反應①的正反應是氣體體積減小的放熱反應，溫度相同、投料比的比值[=y]越大，SO2的轉化率α越大；投料比相同時，溫度越高，SO2的轉化率α越低，據此分析解答；

(6)①根據三段式結合平衡常數K=計算；②其他條件不變，在第7min時縮小容器體積，即使容器的壓強增大，化學平衡正向移動，據此分析判斷。

(1)由于Kb(NH3H2O)=1.8×10-5＞Ka2(H2SO3)=1.0×10-7，根據鹽的水解規律：“誰弱誰水解，誰強顯誰性”可知，(NH4)2SO3溶液呈堿性，pH＞7；故答案為：＞；

(2)第2步：加入石灰水，發生反應Ca2++2OH-+2NH4++SO42-CaSO4↓+2NH3H2O　化學平衡常數K====4.3×1013，故答案為：4.3×1013；

(3)①2CO(g)+SO2(g)S(l)+2CO2(g) △H1=-37.0kJ/mol，②2H2(g)+SO2(g)=S(l)+2H2O(g) △H2=+45.4kJ/mol，CO的燃燒熱△H3=-283kJ/mol，即③CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H3=-283kJ/mol，根據蓋斯定律③×2-①計算S(l)+O2(g)=SO2(g)的△H=(-283kJ/mol)×2 - (-37.0kJ/mol)=-529kJ/mol，熱化學方程式為S(l)+O2(g)=SO2(g) △H=-529kJ/mol，故答案為：S(l)+O2(g)=SO2(g) △H=-529kJ/mol；

(4)反應②的正反應為吸熱反應，焓變△H2=E1-E2(逆反應活化能)＞0，E1=E2+△H2，由于E2＞0，所以E1＞△H2，故答案為：＞；

(5)反應①的正反應是氣體體積減小的放熱反應，溫度相同、投料比的比值[=y]越大，SO2的轉化率α越大、CO的轉化率越小，即y1＞y2，投料比相同時，溫度越高，SO2的轉化率α越低，所以N點的投料比小、溫度低，則CO的轉化率大于M點CO的轉化率；N、P投料比相同，但P點溫度高，所以P點反應速率大于N點，逆反應速率：N＜P，故答案為：＞；＜；

(6)①對于 2CO(g)+SO2(g)S(l)+2CO2(g)

開始(mol/L) 0.2 0.2 0

變化(mol/L) 0.16 0.08 0.16

平衡(mol/L) 0.04 0.12 0.16

對于2H2(g)+SO2(g)S(l)+2H2O(g)

開始(mol/L) 0.2 0.12 0

變化(mol/L) 0.18 0.09 0.18

平衡(mol/L) 0.02 0.03 0.18

所以反應②的化學平衡常數K===2700，故答案為：2700；

②其他條件不變，在第7min時縮小容器體積，即使容器的壓強增大，由于兩個反應的正反應都是氣體體積減小的反應，所以縮小體積，容器的壓強增大，化學平衡正向移動，二氧化硫的物質的量減小，但由于容器體積減小，所以二氧化硫的濃度仍然會增大，故答案為：增大。