Question

3．煙氣中含有SO₂等大量有害物質，煙氣除硫的方法有很多，其中石灰石法煙氣除硫工藝的主要反應如下
Ⅰ．CaCO₃（s）?CO₂（g）+CaO（s）△H=+178.2kJ/mol
Ⅱ．SO₂（g）+CaO（s）?CaSO₃（s）△H=-402kJ/mol
Ⅲ.2CaSO₃（s）+O₂（s）+4H₂O（l）?2[CaSO₄•2H₂O]（s）△H=-234.2kJ/mol
（1）試寫出由石灰石、二氧化硫、氧氣和水反應生成的石灰膏的熱化學反應方程式2CaCO₃（s）+2SO₂（g）+O₂（g）+4H₂O（l）=2[CaSO₄•2H₂O]（s）+2CO₂△H=-681.8kJ/mol
（2）反應Ⅱ為煙氣除硫的關鍵，取相同用量的反應物在3個不同的容器中進行反應
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ad
a．3個容器中SO₂的平均轉化率的大小順序：a_A＞a_B＞a_C
b．當A容器內(nèi)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(tài)
c．A，B兩個容器達到平衡所用的時間t_A＞t_B
d．當C容器內(nèi)平衡常數(shù)不變時，說明該反應處于化學平衡狀態(tài)
（3）依據(jù)反應Ⅱ來除硫，將一定量的煙氣壓縮到一個20L的容器中，測得不同溫度下容器內(nèi)SO₂的質量如下表：

時間/min SO2質量/10-3g 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(nèi)SO₂的反應速率2×10^-5mol/（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10L，則新平衡時SO₂的濃度=原平衡時SO₂的濃度（填“＞”“＜”或“=”），理由是該反應的平衡常數(shù)表達式為k=$\frac{1}{c（S{O}_{2}）}$，溫度不變，平衡常數(shù)不變，所以濃度相等．．

Answer 1

分析 （1）已知：Ⅰ．CaCO₃（s）?CO₂（g）+CaO（s）△H=+178.2kJ/mol
Ⅱ．SO₂（g）+CaO（s）?CaSO₃（s）△H=-402kJ/mol
Ⅲ.2CaSO₃（s）₂+O₂（s）+4H₂O（l）?2[CaSO₄•2H₂O]△H=-234.2kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律Ⅰ×2+Ⅱ×2+Ⅲ可得石灰石、二氧化硫、氧氣和水反應生成的石灰膏的熱化學反應方程式；
（2）a．根據(jù)平衡的移動方向判斷3個容器中SO₂的平衡轉化率的大小順序；
b．A容器內(nèi)氣體的平均摩爾質量等于質量和物質的量的比值，變量不變的狀態(tài)是平衡狀態(tài)；
c．A、B兩個容器達到平衡所用的時間和反應速率有關；
d．平衡常數(shù)和溫度有關，平衡常數(shù)不變不能確定是平衡狀態(tài)；
（3）①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算；
②相同時間段內(nèi)，二氧化硫減少的越多，說明反應速率越快，溫度高反應速率快；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；
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，溫度不變，平衡常數(shù)不變．

解答 解：（1）已知：Ⅰ．CaCO₃（s）?CO₂（g）+CaO（s）△H=+178.2kJ/mol
Ⅱ．SO₂（g）+CaO（s）?CaSO₃（s）△H=-402kJ/mol
Ⅲ.2CaSO₃（s）₂+O₂（s）+4H₂O（l）?2[CaSO₄•2H₂O]△H=-234.2kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律Ⅰ×2+Ⅱ×2+Ⅲ可得2CaCO₃（s）+2SO₂（g）+O₂（g）+4H₂O（l）=2[CaSO₄•2H₂O]（s）+2CO₂△H=-681.8kJ/mol；
故答案為：2CaCO₃（s）+2SO₂（g）+O₂（g）+4H₂O（l）=2[CaSO₄•2H₂O]（s）+2CO₂△H=-681.8kJ/mol；
（2）a、A容器：恒溫恒壓，該反應是一個氣體體積減小的反應，隨著反應進行氣體體積減小，則隨著反應進行容器體積變小，相當于增大壓強，二氧化硫的轉化率增大，B容器：恒溫恒容，隨著反應的進行，氣體體積縮減小，相對于A，壓強小，則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，平衡逆向移動，相對B二氧化硫的轉化率會小，故a正確；
b、A容器氣體質量和物質的量均在發(fā)生改變，平均摩爾質量不是變量，不能判斷平衡，故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，故C錯誤；
d、平衡常數(shù)只是溫度的函數(shù)，溫度不變，平衡常數(shù)不變，平衡，故d正確；
故答案為：ad；
（3）①在T₁溫度下，計算20-40min內(nèi)SO₂的反應速率v（SO₂）=$\frac{（1052-540）×1{0}^{-3}g÷64g/mol÷20L}{20min}$=2×10^-5mol/（L•min）；
故答案為：2×10^-5；
②根據(jù)圖表，相同時間段內(nèi)，二氧化硫減少的越多，說明反應速率越快，溫度高反應速率快，則T₁＜T₂；該反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，二氧化硫的含量較大，根據(jù)數(shù)據(jù)的遞變規(guī)律，x＞0.06；
故答案為：＜；＞；
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(shù)表達式為k=$\frac{1}{c（S{O}_{2}）}$，溫度不變，平衡常數(shù)不變，所以濃度相等；
故答案為：=；該反應的平衡常數(shù)表達式為k=$\frac{1}{c（S{O}_{2}）}$，溫度不變，平衡常數(shù)不變，所以濃度相等．

點評 本題考查化學反應的速率、化學平衡常數(shù)表達式、化學平衡的移動和反應的自發(fā)性等，題目難度中等，注意基礎知識的積累．