Question

【題目】SO2的含量是衡量大氣污染的一個重要指標(biāo)，工業(yè)上常采用催化還原法或吸收法處理SO2。利用催化還原SO2不僅可消除SO2污染，而且可得到有經(jīng)濟(jì)價值的單質(zhì)S。

(1)在復(fù)合組分催化劑作用下，CH4可使SO2轉(zhuǎn)化為S，同時生成CO2和H2O。

己知CH4和S的燃燒熱(△H)分別為-890.3 kJ /mol和-297.2 kJ /mol，則CH4和SO2反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為 _________________________________________________。

(2)用H2還原SO2生成S的反應(yīng)分兩步完成，如圖1所示，該過程中相關(guān)物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度隨時間的變化關(guān)系如圖2所示：

①分析可知X為________(寫化學(xué)式)， 0～t1時間段的溫度為_____， 0～t1時間段用SO2表示的化學(xué)反應(yīng)速率為 ___________________________。

②總反應(yīng)的化學(xué)方程式為__________________________________________________________。

(3)焦炭催化還原SO2生成S2，化學(xué)方程式為：2C(s)+2SO2(g)S2(g)+2CO2(g)，恒容容器中，1 mol/LSO2與足量的焦炭反應(yīng)，SO2的轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化如圖3所示。

①該反應(yīng)的△H _________________________ 0 (填“>”或“<”)

②計算700℃該反應(yīng)的平衡常數(shù)為____________________ 。

Answer 1

【答案】CH4(g)+2SO2(g)=CO2(g)+2S(s)+2H2O(l) △H=-295.9kJ/mol H2S 300℃ 2×10-3/t1mol/(Lmin) 2H2+SO2S+2H2O < 36.45mol/L

【解析】

（1）CH4的燃燒的熱化學(xué)反應(yīng)方程式為CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l) △H=－890.3kJ·mol－1 ①，S燃燒的熱化學(xué)反應(yīng)方程式為S(s)＋O2(g)=SO2(g) △H=－297.2kJ·mol－1 ②，CH4和SO2反應(yīng)的方程式為CH4＋2SO2=2S＋CO2＋2H2O，

因此有①－2×②得出CH4(g)＋SO2(g)=2S(s)＋CO2(g)＋2H2O(l) △H=(－890.3＋2×297.2)kJ·mol－1=－295.9kJ·mol－1；

（2）①H2還原SO2發(fā)生反應(yīng)：2H2＋SO2=S＋2H2O，圖1右側(cè)，SO2→S，S元素的化合價降低，根據(jù)氧化還原反應(yīng)特點，化合價有升高，必然有降低，因此推出X為H2S；0～t1時間，X的濃度達(dá)到最大，應(yīng)是圖1左側(cè)反應(yīng)，4H2＋SO2=H2S＋2H2O，溫度應(yīng)為300℃；根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率的表達(dá)式，v(SO2)=(3－1)/t1mol/(L·min)；

②根據(jù)上述分析，總反應(yīng)的化學(xué)方程式為2H2+SO2S+2H2O；

（3）①根據(jù)圖像，700℃SO2的轉(zhuǎn)化率達(dá)到最大，反應(yīng)達(dá)到平衡，右側(cè)隨著溫度的升高，SO2的轉(zhuǎn)化率降低，根據(jù)勒夏特列原理，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H<0；

②2C(s)+2SO2(g)S2(g)+2CO2(g)

起始： 1 0 0

變化： 0.9 0.45 0.9

平衡： 0.1 0.45 0.9 化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式為K=[c(S2)×c2(CO2)]/c2(SO2)，代入數(shù)值，得出K=36.45。