Question

4．硫單質(zhì)及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著重要的應(yīng)用．請(qǐng)回答下列問題：
（1）一種煤炭脫硫技術(shù)可以把硫元素以CaSO₄的形成固定下來，但產(chǎn)生的CO又會(huì)與CaSO₄發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，相關(guān)的熱化學(xué)方程式如下：
①CaSO₄（s）+CO（g）?CaO（s）+SO₂（g）+CO₂（g）△H=+210.5kJ•mol^-1
②$\frac{1}{4}$CaSO₄（s）+CO（g）?$\frac{1}{4}$CaS（s）+CO₂（g）△H=-47.3kJ•mol^-1
反應(yīng)CaO（s）+3CO（g）+SO₂（g）?CaS（s）+3CO₂（g）△H=-399.7kJ•mol^-1；
平衡常數(shù)K的表達(dá)式為$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）c（S{O}_{2}）}$．
（2）圖1為在密閉容器中H₂S氣體分解生成H₂和S₂（g）的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系．

圖1中壓強(qiáng)p₁、p₂、p₃的大小順序?yàn)镻₁＜P₂＜P₃，理由是反應(yīng)前后氣體體積增大，增大壓強(qiáng)平衡逆向進(jìn)行；該反應(yīng)平衡常數(shù)的大小關(guān)系為K（T₁）＜K（T₂） （填“＞”、“＜”或“=”），理由是反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升溫平衡正向進(jìn)行，平衡常數(shù)增大．
（3）在一定條件下，二氧化硫和氧氣發(fā)生如下反應(yīng)：
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H＜0
①600℃時(shí)，在一密閉容器中，將二氧化硫和氧氣混合，反應(yīng)過程中SO₂、O₂、SO₃物質(zhì)的量變化如圖2，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)的時(shí)間段是15-20min和25-30min．
②據(jù)圖2判斷，反應(yīng)進(jìn)行至20min時(shí)，曲線發(fā)生變化的原因是增大氧氣的濃度（用文字表達(dá)）；10min到15min的曲線變化的原因可能是ab（填寫編號(hào)）．
A．加了催化劑                      B．縮小容器體積
C．降低溫度                        D．增加SO₃的物質(zhì)的量
（4）煙氣中的SO₂可用某濃度NaOH溶液吸收得到Na₂SO₃和NaHSO₃混合溶液，且所得溶液呈中性，該溶液中c（Na⁺）=2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）（用含硫微粒濃度的代數(shù)式表示）．

Answer 1

分析 （1）利用蓋斯定律將②×4-①可得CaO（s）+3CO（g）+SO₂（g）?CaS（s）+3CO₂（g）反應(yīng)熱；平衡常數(shù)等于生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積；
（2）H₂S氣體分解生產(chǎn)H₂和S₂（g）的反應(yīng)為2H₂S$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2H₂+S₂，反應(yīng)前后氣體體積增大，同溫度下，壓強(qiáng)越大，平衡逆向進(jìn)行，H₂S轉(zhuǎn)化率減小，溫度升高，H₂S的轉(zhuǎn)化率增大，說明正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升溫平衡正向進(jìn)行，平衡常數(shù)增大；
（3）①反應(yīng)混合物各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變化，說明反應(yīng)處于平衡狀態(tài)；
②由圖可知，反應(yīng)進(jìn)行至20min時(shí)，改變體積，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，瞬間只有氧氣的濃度增大；由圖可知，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，10min到15min反應(yīng)混合物單位時(shí)間內(nèi)的變化量增大，說明反應(yīng)速率增大，10min改變瞬間，各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變；
（4）依據(jù)溶液中存在的電荷守恒分析；

解答 解：（1）①CaSO₄（s）+CO（g）?CaO（s）+SO₂（g）+CO₂（g）△H=+210.5kJ•mol^-1
②$\frac{1}{4}$CaSO₄（s）+CO（g）?$\frac{1}{4}$CaS（s）+CO₂（g）△H=-47.3kJ•mol^-1
利用蓋斯定律將②×4-①可得CaO（s）+3CO（g）+SO₂（g）?CaS（s）+3CO₂（g）△H=4×（-47.3kJ•mol^-1）-（210.5kJ•mol^-1）=-399.7kJ•mol^-1，平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）c（S{O}_{2}）}$，
故答案為：-399.7；$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）c（S{O}_{2}）}$；
（2）H₂S氣體分解生產(chǎn)H₂和S₂（g）的反應(yīng)為2H₂S$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2H₂+S₂，反應(yīng)前后氣體體積增大，同溫度下，壓強(qiáng)越大，平衡逆向進(jìn)行，H₂S轉(zhuǎn)化率減小，則P₁＜P₂＜P₃，溫度升高，H₂S的轉(zhuǎn)化率增大，說明正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升溫平衡正向進(jìn)行，平衡常數(shù)增大，K（T₁）＜K（T₂），
故答案為：P₁＜P₂＜P₃；反應(yīng)前后氣體體積增大，增大壓強(qiáng)平衡逆向進(jìn)行；＜；反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升溫平衡正向進(jìn)行，平衡常數(shù)增大；
（3）①反應(yīng)混合物各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變化，說明反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，由圖可知在15-20min和25-30min出現(xiàn)平臺(tái)，各組分的物質(zhì)的量不變，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，
故答案為：15-20min和25-30min；
②由圖可知，反應(yīng)進(jìn)行至20min時(shí)，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，瞬間只有氧氣的濃度增大，應(yīng)是增大了氧氣的濃度．由圖可知，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，10min到15min反應(yīng)混合物單位時(shí)間內(nèi)的變化量增大，說明反應(yīng)速率增大，10min改變瞬間，各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變．
a．加了催化劑，增大反應(yīng)速率，故a正確；
b．縮小容器體積，增大壓強(qiáng)，增大反應(yīng)速率，故b正確；
c．降低溫度反應(yīng)速率降低，故c錯(cuò)誤；
d．10min改變瞬間，各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變，不是增加SO₂的物質(zhì)的量，故d錯(cuò)誤；
故答案為：增大氧氣的濃度；ab；
（4）煙氣中的SO₂可用某濃度NaOH溶液吸收得到Na₂SO₃和NaHSO₃混合溶液，且所得溶液呈中性，依據(jù)溶液中電荷守恒分析，c（Na⁺）+c（H⁺）=2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（OH^-），c（H⁺）=c（OH^-），得到（Na⁺）=2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-），
故答案為：2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了熱化學(xué)方程式書寫方法，化學(xué)平衡建立，平衡狀態(tài)影響因素分析，化學(xué)反應(yīng)速率、平衡常數(shù)計(jì)算應(yīng)用，電解質(zhì)溶液電荷守恒，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．