Question

13．煙氣中含有SO₂等大量有害的物質(zhì)，煙氣除硫的方法有多種，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（g）+4H₂O（l）?2[CaSO₄•2H₂O]（s）△H=-234.2kJ/mol
（1）試寫出由石灰石、二氧化硫、氧氣和水反應生成生石膏的熱化學方程式2CaCO₃（s）+O₂（g）+2SO₂（g）+4H₂O（l）?2[CaSO₄.2H₂O]（s）+2CO₂（g）△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種不同的容器中進行該反應，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的轉(zhuǎn)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(zhì)量不變時，說明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)上述反應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(zhì)量（mg）如下表

	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）石灰石、二氧化硫、氧氣和水反應生成生石膏的反應為2CaCO₃（s）+O₂（g）+2SO₂（g）+4H₂O（l）?2[CaSO₄.2H₂O]（s）+2CO₂（g），根據(jù)蓋斯定律，該反應等于①×2+②×2+③，計算△H；
（2）對于A容器，該反應是一個氣體體積縮小的反應，隨著反應進行氣體體積減小，但要保持恒壓，必須壓縮體積，相當與增大壓強，二氧化硫的轉(zhuǎn)化率增大，B容器為恒容，隨著反應的進行，氣體體積縮小，二氧化硫轉(zhuǎn)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，速率加快，平衡逆向移動，相對B二氧化硫的轉(zhuǎn)化率會小；氣體質(zhì)量和物質(zhì)的量均在發(fā)生改變，平均摩爾質(zhì)量不是變量，不能判斷平衡；平衡常數(shù)只是溫度的函數(shù)，溫度不變，平衡常數(shù)不變；
（3）①在T₁溫度下，計算20-40min內(nèi)SO₂的反應速率v（SO₂）=[（1052-540）×10-3]÷64÷20÷20=2×10^-5mol/（L•min；
②因為該反應為放熱反應，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，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．

解答 解：（1）石灰石、二氧化硫、氧氣和水反應生成生石膏的反應為2CaCO₃（s）+O₂（g）+2SO₂（g）+4H₂O（l）?2[CaSO₄.2H₂O]（s）+2CO₂（g），根據(jù)蓋斯定律，該反應等于①×2+②×2+③，計算△H=+178.2ײ⁺（-402）×2+（-234.2）=-681.8kJ/mol，故答案為：2CaCO₃（s）+O₂（g）+2SO₂（g）+4H₂O（l）?2[CaSO₄.2H₂O]（s）+2CO₂（g）△H=-681.8kJ/mol；
（2）a、對于A容器，該反應是一個氣體體積縮小的反應，隨著反應進行氣體體積減小，但要保持恒壓，必須壓縮體積，相當與增大壓強，二氧化硫的轉(zhuǎn)化率增大，B容器為恒容，隨著反應的進行，氣體體積縮小，二氧化硫轉(zhuǎn)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，速率加快，平衡逆向移動，相對B二氧化硫的轉(zhuǎn)化率會小，故a正確；
b、氣體質(zhì)量和物質(zhì)的量均在發(fā)生改變，平均摩爾質(zhì)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）=[（1052-540）×10-3]÷64÷20÷20=2×10^-5mol/（L•min），故答案為：2×10^-5；
②因為該反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，二氧化硫的含量增大，結(jié)合表格數(shù)據(jù)，T₂時的含量比T₁時低，若其它條件都相同，則T₁＞T₂；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=1/c（SO₂），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，注意相關知識的積累．