Question

煤炭燃燒過程中會(huì)釋放出大量的SO₂，嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境。采用一定的脫硫技術(shù)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(chǎn)生的CO又會(huì)與CaSO₄發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，降低了脫硫效率。相關(guān)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下：

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

CaSO₄(s)＋4CO(g)CaS(s)＋4CO₂(g)

ΔH₂＝－175.6 kJ·mol^－1(反應(yīng)Ⅱ)

請(qǐng)回答下列問題：

(1)反應(yīng)Ⅰ能夠自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)條件是________。

(2)對(duì)于氣體參與的反應(yīng)，表示平衡常數(shù)K_p時(shí)用氣體組分(B)的平衡壓強(qiáng)p(B)代替該氣體物質(zhì)的量的濃度c(B)，則反應(yīng)Ⅱ的K_p＝________(用表達(dá)式表示)。

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

(4)通過監(jiān)測(cè)反應(yīng)體系中氣體濃度的變化可判斷反應(yīng)Ⅰ和Ⅱ是否同時(shí)發(fā)生，理由是____________________________________________________ ______________________________________________________________________________________

(5)圖1為實(shí)驗(yàn)測(cè)得不同溫度下反應(yīng)體系中CO初始體積百分?jǐn)?shù)與平衡時(shí)固體產(chǎn)物中CaS質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的關(guān)系曲線。則降低該反應(yīng)體系中SO₂生成量的措施有________。

A．向該反應(yīng)體系中投入石灰石

B．在合適的溫度區(qū)間內(nèi)控制較低的反應(yīng)溫度

C．提高CO的初始體積百分?jǐn)?shù)

D．提高反應(yīng)體系的溫度

(6)恒溫恒容條件下，假設(shè)反應(yīng)Ⅰ和Ⅱ同時(shí)發(fā)生，且v₁>v₂，請(qǐng)?jiān)趫D2中畫出反應(yīng)體系中c(SO₂)隨時(shí)間t變化的總趨勢(shì)圖。

Answer 1

解析　(1)反應(yīng)Ⅰ的正反應(yīng)是氣體總分子數(shù)增加的反應(yīng)，則有ΔS>0，又知ΔH>0，該反應(yīng)若能自發(fā)進(jìn)行，說明ΔH－TΔS<0，高溫條件下反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行。

(2)由用濃度表示的平衡常數(shù)表達(dá)式的書寫方法可知，反應(yīng)Ⅱ的K_p應(yīng)為生成物平衡壓強(qiáng)的冪之積與反應(yīng)物平衡壓強(qiáng)的冪之積的比值，注意固體物質(zhì)不能出現(xiàn)在平衡常數(shù)的表達(dá)式中，故K_p＝。

(3)相同溫度下，因兩個(gè)反應(yīng)的反應(yīng)物完全相同，反應(yīng)速率越大，則反應(yīng)的活化能越小，因此反應(yīng)Ⅰ的活化能小于反應(yīng)Ⅱ的活化能；反應(yīng)Ⅰ的ΔH>0，生成物的能量高于反應(yīng)物的能量，反應(yīng)Ⅱ的ΔH<0，生成物的能量低于反應(yīng)物的能量，故C項(xiàng)正確。

(4)若反應(yīng)體系中c(CO₂)＝c(SO₂)，則只發(fā)生反應(yīng)Ⅰ；若反應(yīng)體系中c(SO₂)＝0，則只發(fā)生反應(yīng)Ⅱ；若反應(yīng)體系中c(CO₂)>c(SO₂)且c(SO₂)≠0，則反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ同時(shí)發(fā)生。

(5)由圖1可知，CO的初始體積百分?jǐn)?shù)越大、溫度越低，CaS的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)越大，即反應(yīng)Ⅱ進(jìn)行的程度越大，則反應(yīng)Ⅰ產(chǎn)生的SO₂就會(huì)減少，故B、C項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤。向反應(yīng)體系中投入石灰石，因CaCO₃＋SO₂CaSO₃＋CO₂，也會(huì)減少SO₂的產(chǎn)生，A項(xiàng)正確。

(6)因反應(yīng)Ⅰ與Ⅱ同時(shí)進(jìn)行，且v₁>v₂，反應(yīng)Ⅰ首先達(dá)到平衡狀態(tài)，在建立平衡的過程中，c(SO₂)逐漸增大。由于反應(yīng)Ⅱ在進(jìn)行的過程中，c(CO₂)會(huì)逐漸增大，又會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)Ⅰ平衡逆向移動(dòng)，c(SO₂)又會(huì)逐漸減小。據(jù)此可畫出c(SO₂)隨時(shí)間t變化的總趨勢(shì)圖。

答案　(1)高溫　(2)　(3)C　(4)如果氣相中SO₂和CO₂兩種氣體的濃度之比隨時(shí)間發(fā)生變化，則表明兩個(gè)反應(yīng)同時(shí)發(fā)生　(5)ABC

(6)