Question

用CaSO₄代替O₂與燃料CO反應(yīng)，既可提高燃燒效率，又能得到高純CO₂，是一種高效、清潔、經(jīng)濟(jì)的新型燃燒技術(shù)。反應(yīng)①為主反應(yīng)，反應(yīng)②和③為副反應(yīng)。

①1/4CaSO₄(s)＋CO(g)1/4CaS(s)＋CO₂(g)

ΔH₁＝－47.3 kJ·mol^－1

②CaSO₄(s)＋CO(g)CaO(s)＋CO₂(g)＋SO₂(g)

ΔH₂＝＋210.5 kJ·mol^－1

③CO(g)1/2C(s)＋1/2CO₂(g)

ΔH₃＝－86.2 kJ·mol^－1

(1)反應(yīng)2CaSO₄(s)＋7CO(g)CaS(s)＋CaO(s)＋6CO₂(g)＋C(s)＋SO₂(g)的ΔH＝________(用ΔH₁、ΔH₂和ΔH₃表示)。

(2)反應(yīng)①～③的平衡常數(shù)的對(duì)數(shù)lgK隨反應(yīng)溫度T的變化曲線如圖所示，結(jié)合各反應(yīng)的ΔH，歸納lgK－T曲線變化規(guī)律：

a)__________________________________________________________；

b)_________________________________________________________。

(3)向盛有CaSO₄的真空恒容密閉容器中充入CO，反應(yīng)①于900 ℃達(dá)到平衡，c_平衡(CO)＝8.0×10^－5 mol·L^－1，計(jì)算CO的轉(zhuǎn)化率________(忽略副反應(yīng)，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。

(4)為減少副產(chǎn)物，獲得更純凈的CO₂，可在初始燃料中適量加入________________________________________________________________________。

(5)以反應(yīng)①中生成的CaS為原料，在一定條件下經(jīng)原子利用率100%的高溫反應(yīng)，可再生CaSO₄，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_____________________；在一定條件下，CO₂可與對(duì)二甲苯反應(yīng)，在其苯環(huán)上引入一個(gè)羧基，產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為_(kāi)_______________________________。

Answer 1

解析　(1)利用蓋斯定律可以計(jì)算出所給反應(yīng)的焓變，要學(xué)會(huì)利用所給方程式中化學(xué)計(jì)量數(shù)和反應(yīng)物、中間產(chǎn)物的關(guān)系進(jìn)行解答。根據(jù)蓋斯定律，由①×4＋②＋③×2可得目標(biāo)熱化學(xué)方程式，故有ΔH＝4ΔH₁＋ΔH₂＋2ΔH₃。(2)該圖象只標(biāo)明反應(yīng)①的變化趨勢(shì)，由于反應(yīng)①是放熱反應(yīng)，可得出“放熱反應(yīng)的lgK隨溫度的升高而減小，吸熱反應(yīng)的lgK隨溫度的升高而增大”的結(jié)論；由于所給三個(gè)熱化學(xué)方程式中有兩個(gè)是放熱反應(yīng)，一個(gè)是吸熱反應(yīng)，而給出的圖象中有兩條變化趨勢(shì)相同，因此可判斷曲線Ⅰ代表反應(yīng)③，曲線Ⅱ代表反應(yīng)②，通過(guò)反應(yīng)①和反應(yīng)③曲線相對(duì)關(guān)系，可得出“同為放熱反應(yīng)，ΔH越大，lgK隨溫度變化的變化值越小”的結(jié)論。(3)由圖象可知，當(dāng)反應(yīng)①在900 ℃時(shí)，lgK＝2，即平衡常數(shù)K＝100。設(shè)起始時(shí)CO的濃度為a mol·L^－1，轉(zhuǎn)化率為x mol·L^－1。

1/4CaSO₄(s)＋CO(g)1/4CaS(s)＋CO₂(g)

  a  0

  x  x

  8.0×10^－5  x

根據(jù)：K＝＝100，解得x＝8.0×10^－3。根據(jù)：a－x＝8.0×10^－5，解得a＝8.08×10^－3。所以CO的轉(zhuǎn)化率＝×100%≈99%。(4)要獲得更純凈的二氧化碳，必須減少二氧化硫的量，通過(guò)反應(yīng)②的分析可知，當(dāng)二氧化碳濃度增大時(shí)，可使平衡向左移動(dòng)，所以可在初始燃料(CO)中加入適量二氧化碳，減少二氧化硫的產(chǎn)生，獲得更純凈的二氧化碳。(5)本小題首先確定三點(diǎn)：一是反應(yīng)物為CaS；二是生成物為CaSO₄；三是原子利用率為100%。所以另一種反應(yīng)物為O₂，反應(yīng)方程式為CaS＋2O₂CaSO₄；通過(guò)分析題給信息可知，生成物為反應(yīng)物在苯環(huán)上引入羧基而得，所以生成物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為

答案　(1)4ΔH₁＋ΔH₂＋2ΔH₃　(2)放熱反應(yīng)的lgK隨溫度的升高而減小，吸熱反應(yīng)的lgK隨溫度的升高而增大　同為放熱反應(yīng)，ΔH越大，lgK隨溫度變化的變化值越小　(3)由圖象可知，當(dāng)反應(yīng)①在900℃時(shí)，lgK＝2，即平衡常數(shù)K＝100。

設(shè)起始時(shí)CO的濃度為a mol·L^－1，轉(zhuǎn)化量為x mol·L^－1。

　　　1/4CaSO₄(s)＋CO(g)1/4CaS(s)＋CO₂(g)

  a  0

  x  x

  8.0×10^－5  x

根據(jù)：K＝＝100，解得x＝8.0×10^－3。根據(jù)：a－x＝8.0×10^－5，解得a＝8.08×10^－3。所以CO的轉(zhuǎn)化率＝×100%≈99%。

(4)二氧化碳(或CO₂)

(5)CaS＋2O₂CaSO₄