Question

8．一定條件下，通過下列反應可實現燃煤煙氣中硫的回收：
2CO（g）+SO₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$ 2CO₂（g）+S（l）△H
（1）已知2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₁=-566kJ•mol^-1
S（l）+O₂（g）=SO₂（g）△H₂=-296kJ•mol^-1
則反應熱△H=-270　kJ•mol¹．
（2）一定條件下，向2L恒容密閉容器中通入2molCO和1molSO₂，在催化劑作用下 發生反應生成CO₂（g）和S（1）
①若反應進行到25min時測得CO₂的體積分數φ（CO₂）為0.5．則前25min的反應速率v（CO）=0.024mol．L^-1．min^-1
②若反應進行到40min時反應達到平衡狀態，此時測得容器中氣體的密度比反應前減小了12.8g．L^-1，則CO物質的量濃度c（CO）=0.2mol．L^-1；化學平衡常數K=160
（3）若向2L恒容密閉容器中通入2molCO和1molSO₂，反應在不同條件下進行反應：2CO（g）+SO₂?2CO₂（g）+S（1）．反應體系總壓強隨時間的變化如圖所示
①圖中的三組實驗從反應開始至達到平衡時的反應速率v（CO）由大到小的次序為b＞c＞a（填實驗序號），與實驗a相比，c組改變的實驗條件可能是升高溫度
②用p₀表示開始的時候的總壓強，p表示平衡時的總壓強，a表示CO的平衡轉化率，則a的表達式為a=3-$\frac{3p}{{p}_{0}}$
．

Answer 1

分析 （1）已知：①.2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₁=-566kJ•mol^-1
②．S（l）+O₂（g）=SO₂（g）△H₂=-296kJ•mol^-1
根據蓋斯定律可知，①-②可得：2CO（g）+SO₂（g）?2CO₂（g）+S（l），則△H=△H₁=-△H₂；
（2）一定條件下，向2L恒容密閉容器中通入2molCO和1molSO₂，
①設反應進行到25min時轉化的CO為xmol，則：
            2CO（g）+SO₂（g）?2CO₂（g）+S（l）
起始量（mol）：2       1        0        
變化量（mol）：x       0.5x     x
25min時（mol）：2-x    1-0.5x    x
根據25min時測得CO₂的體積分數列方程計算x，再根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（CO）；
②若反應進行到40min時反應達到平衡狀態，此時測得容器中氣體的密度比反應前減小了12.8g．L^-1，則生成S的質量為12.8g/L×2L=25.6g，生成硫的物質的量為$\frac{25.6g}{32g/mol}$=0.8mol，則：
            2CO（g）+SO₂（g）?2CO₂（g）+S（l）
起始量（mol）：2       1         0        0
變化量（mol）：1.6     0.8       1.6      0.8 
平衡時（mol）：0.4     0.2       1.6
根據c=$\frac{n}{V}$計算c（CO），平衡常數K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（CO）×c（S{O}_{2}）}$；
（3）①恒溫恒容下，壓強之比等于物質的量之比，單位時間內壓強變化越大，說明濃度變化越大，表示的反應速率越快；
a、c開始均通入2molCO和1molSO₂，容器的容積相同，而起始時c的壓強大于a，物質的量與體積一定，壓強與溫度呈正比關系；
②用p₀表示開始的時候的總壓強，p表示平衡時的總壓強，a表示CO的平衡轉化率，則：
           2CO（g）+SO₂（g）?2CO₂（g）+S（l）
起始量（mol）：2       1        0       
變化量（mol）：2a      a        2a
平衡時（mol）：2-2a    1-a      2a
再根據壓強之比等于物質的量之比計算解答．

解答 解：（1）已知：①.2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₁=-566kJ•mol^-1
②．S（l）+O₂（g）=SO₂（g）△H₂=-296kJ•mol^-1
根據蓋斯定律可知，①-②可得：2CO（g）+SO₂（g）?2CO₂（g）+S（l），則△H=△H₁=-△H₂=（-566kJ•mol^-1）-（-296kJ•mol^-1）=-270kJ•mol^-1，
故答案為：-270kJ•mol^-1；
（2）一定條件下，向2L恒容密閉容器中通入2molCO和1molSO₂，
①設反應進行到25min時轉化的CO為xmol，則：
            2CO（g）+SO₂（g）?2CO₂（g）+S（l）
起始量（mol）：2       1         0
變化量（mol）：x       0.5x      x
25min時（mol）：2-x    1-0.5x     x
則$\frac{x}{2-x+1-0.5x+x}$=0.5，解得x=1.2，則v（CO）=$\frac{\frac{1.2mol}{2L}}{25min}$=0.024mol．L^-1．min^-1，
故答案為：0.024mol．L^-1．min^-1；
②若反應進行到40min時反應達到平衡狀態，此時測得容器中氣體的密度比反應前減小了12.8g．L^-1，則生成S的質量為12.8g/L×2L=25.6g，生成硫的物質的量為$\frac{25.6g}{32g/mol}$=0.8mol，則：
           2CO（g）+SO₂（g）?2CO₂（g）+S（l）
起始量（mol）：2       1        0        0
變化量（mol）：1.6     0.8      1.6    0.8
平衡時（mol）：0.4     0.2      1.6
則平衡時c（CO）=$\frac{0.4mol}{2L}$=0.2mol．L^-1，平衡常數K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（CO）×c（S{O}_{2}）}$=$\frac{（\frac{1.6}{2}）^{2}}{（\frac{0.4}{2}）^{2}×\frac{0.2}{2}}$=160，
故答案為：0.2mol．L^-1；160；
（3）①恒溫恒容下，壓強之比等于物質的量之比，單位時間內壓強變化越大，說明濃度變化越大，表示的反應速率越快，a在60min到達平衡，壓強變化40 kPa，b在40min到達平衡，壓強變化40 kPa，c在45min到達平衡，壓強變化35 kPa，可知反應速率：b＞c＞a；
a、c開始均通入2molCO和1molSO₂，容器的容積相同，而起始時c的壓強大于a，物質的量與體積一定，壓強與溫度呈正比關系，故c組改變的實驗條件可能是：升高溫度，
故答案為：b＞c＞a；升高溫度；
②用p₀表示開始的時候的總壓強，p表示平衡時的總壓強，a表示CO的平衡轉化率，則：
           2CO（g）+SO₂（g）?2CO₂（g）+S（l）
起始量（mol）：2       1        0
變化量（mol）：2a      a        2a
平衡時（mol）：2-2a    1-a      2a
壓強之比等于物質的量之比，則p₀：p=3：（2-2a+1-a+2a），整理可得a=3-$\frac{3p}{{p}_{0}}$，
故答案為：a=3-$\frac{3p}{{p}_{0}}$．

點評 本題考查化學平衡的有關計算、化學平衡影響因素、平衡常數、反應熱計算等，掌握化學平衡計算中三段式的應用，難度中等．