Question

【題目】燃煤會產生CO2、CO、SO2等大氣污染物。燃煤脫硫的相關反應的熱化學方程式如下：

CaSO4(s)+CO(g)CaO(s)+SO2(g)+CO2(g) ΔH1 =+281.4kJ/mol (反應Ⅰ)

CaSO4(s)+CO(g)CaS(s)+CO2(g) ΔH2 = -43.6kJ/mol (反應Ⅱ)

(1)計算反應CaO(s)+3CO(g )+SO2(g) CaS(s)+3CO2(g) ΔH=____________。

(2)一定溫度下，向某恒容密閉容器中加入CaSO4(s)和1molCO，若只發生反應I，下列能說明該反應已達到平衡狀態的是_____________（填序號）

a．容器內的壓強不發生變化 b．υ正(CO)=υ正(CO2)

c．容器內氣體的密度不發生變化 d．n(CO)+n(CO2)=1mol

(3)一定溫度下，體積為1L容器中加入CaSO4(s)和1molCO，若只發生反應II，測得CO2的物質的量隨時間變化如下圖中曲線A所示。

①在0~2min內的平均反應速率v(CO)=____________。

②曲線B表示過程與曲線A相比改變的反應條件可能為____________(答出一條即可)。

(4)煙道氣中的SO2和CO2均是酸性氧化物，也可用氫氧化鈉溶液吸收。

已知：25℃時，碳酸和亞硫酸的電離平衡常數分別為：

碳酸 K1=4.3×10-7 K2=5.6×10-11

亞硫酸K1=1.5×10－2 K2=1.0×10-7

①下列事實中，不能比較碳酸與亞硫酸的酸性強弱的是________（填標號）。

a.25℃下，飽和碳酸溶液pH大于飽和亞硫酸溶液pH

b.25℃下，等濃度的NaHCO3溶液pH大于NaHSO3溶液

c.將SO2氣體通入NaHCO3溶液，逸出氣體通入澄清石灰水，澄清石灰水變渾濁

d.將CO2氣體通入NaHSO3溶液，逸出氣體通入品紅溶液，品紅溶液不褪色

②25℃時，氫氧化鈉溶液吸收煙道氣，得到pH=6的吸收液，該溶液中c(SO32-)：c(HSO3-)=___________。

③H2SO3溶液和NaHCO3溶液反應的主要離子方程式為___________________。

Answer 1

【答案】-455.8kJ/mol ac 0.45mol/(Lmin) 加入催化劑(或增大壓強) ac 1：10 H 2SO3+HCO3-=H SO3-+CO2↑+H2O

【解析】

(1)反應II×4—反應I，整理可得該反應的熱化學方程式；

(2)對于反應有固體參加的反應，且反應前后氣體體積不等的可逆反應，若氣體的壓強不變、物質的含量不變、物質的轉化率不變、物質的濃度不變則反應處于平衡狀態；

(3)①先根據2min內CO2的物質的量變化計算v(CO2)，然后根據方程式中CO、CO2的關系計算出v(CO)；

②根據曲線B與曲線A比較速率快，平衡時n(CO2)不變分析；

(4)①弱酸的酸性強弱可通過比較電離平衡常數大小、強酸與弱酸的鹽反應可以制取弱酸、酸越弱，其相應的強堿的鹽水解程度越大，溶液的堿性就越強分析判斷；

②根據H2SO3的電離平衡常數Ka2計算c(SO32-)：c(HSO3-)；

③利用電離平衡常數判斷溶液的酸性，然后根據強酸與弱酸的鹽反應制取弱酸書寫反應方程式。

(1) 反應II×4—反應I，整理可得該反應的熱化學方程式CaO(s)+3CO(g )+SO2(g) CaS(s)+3CO2(g) ΔH=—455.8kJ/mol；

(2)對于可逆反應：CaSO4(s)+CO(g)CaO(s)+SO2(g)+CO2(g)，有固體參加，且前后氣體體積不等。

a.若反應未達到平衡，則氣體的壓強變化，若容器內的壓強不發生變化，則反應處于平衡狀態，a正確；

b.由于方程式中CO、CO2的計量數相等，所以在任何時刻υ正(CO)=υ正(CO2)，表示反應正向進行，不能確定反應處于平衡狀態，b錯誤；

c.若反應未達到平衡狀態，氣體的質量就會發生變化，由于容器的容積不變，則容器內氣體的密度就會發生變化，所以若氣體的密度不變，則反應處于平衡狀態，c正確；

d.根據C元素守恒，無論反應是否處于平衡狀態，n(CO)+n(CO2)總是等于1mol，所以不能據此判斷反應是否處于平衡狀態，d錯誤；

故合理選項是ac；

(3)①根據圖象可知在2min內CO2的物質的量變化了0.9mol，則v(CO2)==0.45mol/(Lmin)，根據方程式CaSO4(s)+CO(g)CaO(s)+SO2(g)+CO2(g)可知：v(CO)= v(CO2)= 0.45mol/(Lmin)；

②根據曲線變化可知：曲線B與曲線A比較，反應速率快，但達到平衡時n(CO2)不變，可知平衡未發生移動；由于反應CaSO4(s)+CO(g)CaS(s)+CO2(g)是反應前后氣體體積相等的反應，所以改變的條件只可能是使用催化劑或增大壓強；

(4)①a.由于SO2、CO2在水中溶解度不同，所以25℃下，飽和溶液的濃度不同，因此就不能通過比較飽和碳酸溶液pH與飽和亞硫酸溶液的pH判斷酸的酸性強弱，a符合題意；

b.H2CO3、H2SO3都是弱酸，所以NaHCO3、NaHSO3都是強堿弱酸鹽，根據鹽的水解規律：誰弱誰水解，誰強顯誰性，越弱越水解，若25℃下，等濃度的NaHCO3溶液pH大于NaHSO3溶液，說明酸性H2CO3<H2SO3，b不符合題意；

c.SO2溶于水，反應產生H2SO3，將SO2氣體通入NaHCO3溶液，逸出氣體通入澄清石灰水，澄清石灰水變渾濁，CO2、SO2都可以使澄清石灰水變渾濁，無論二者是否反應，得到的氣體都可以使澄清石灰水變渾濁，因此不能說明反應產生了CO2氣體，故不能證明酸性：H2CO3<H2SO3，c符合題意；

d.SO2具有漂白性，能夠使品紅溶液褪色。若將CO2氣體通入NaHSO3溶液，逸出氣體通入品紅溶液，品紅溶液不褪色，說明逸出的氣體是CO2，即證明酸性：H2CO3<H2SO3，d不符合題意；

故合理選項是ac；

②亞硫酸第二步電離平衡常數K2=1.0×10-7，則Ka2==1.0×10-7，溶液的pH=6，c(H+)=1×10-6，所以c(SO32-)：c(HSO3-)==1：10；

③根據電離平衡常數可知酸性：H2SO3>H2CO3，所以H2SO3溶液和NaHCO3溶液反應的主要離子方程式為H 2SO3+HCO3-=H SO3-+CO2↑+H2O。