Question

6．化學(xué)鏈燃燒是一種新型燃燒技術(shù)，該技術(shù)是由載氧體、燃料反應(yīng)器和空氣反應(yīng)器組成．現(xiàn)用載氧體CaSO₄代替O₂與燃料CO反應(yīng)，既可提高燃燒效率，又能得到高純CO₂，其原理示意圖（圖1）如下：

燃料反應(yīng)器中涉及反應(yīng)如下（反應(yīng)①為主反應(yīng)，反應(yīng)②和③為副反應(yīng)）：
①$\frac{1}{4}$CaSO₄（s）+CO（g）═$\frac{1}{4}$CaS（s）+CO₂（g）△H₁=-47.3kJ?mol^-1
②CaSO₄（s）+CO（g）═CaO（s）+CO₂（g）+SO₂（g）△H₂=+210.5kJ?mol^-1
③2CO（g）═C（s）+CO₂（g）△H₃=-172.4kJ?mol^-1
空氣反應(yīng)器中涉及反應(yīng)④：CaS（s）+2O₂（g）?CaSO₄（s）△H₄
請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）反應(yīng)②在高溫下能自發(fā)進(jìn)行的理由是反應(yīng)②的△S＞0，△H＞0，而△G=△H-T△S＜0反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，故高溫下能自發(fā)進(jìn)行．
（2）已知CO的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱為-285.8kJ?mol^-1，則△H₄=-954kJ?mol^-1．
（3）圖2為燃料反應(yīng)器中涉及反應(yīng)的平衡常數(shù)的對(duì)數(shù)lgK隨反應(yīng)溫度T的變化曲線；圖3為不同溫度下CO初始體積百分?jǐn)?shù)與平衡時(shí)固體產(chǎn)物中CaS質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的關(guān)系曲線

①降低燃料反應(yīng)器中SO₂生成量的措施有B；
A．CaSO₄投入燃料反應(yīng)器前加以粉碎      B．在合適的溫度區(qū)間內(nèi)控制較低的反應(yīng)溫度
C．提高CO的初始體積百分?jǐn)?shù)            D．提高反應(yīng)體系的溫度
②當(dāng)lgK＜0時(shí)，說(shuō)明相應(yīng)溫度下某反應(yīng)的程度小，此溫度下可以忽略該反應(yīng)．則燃料反應(yīng)器中宜控制的溫度范圍是650℃～900℃；
③向盛有CaSO₄的真空恒容密閉容器中充入CO，反應(yīng) ①、②于900℃達(dá)到平衡，則SO₂的平衡濃度為0.01mol•L^-1．
（4）如果用甲烷燃料替代CO，則燃料反應(yīng)器中主反應(yīng)的化學(xué)方程式為CaSO₄（s）+CH₄（g）═2CaS（s）+CO₂（g）+2H₂O（g）．

Answer 1

分析 （1）△G=△H-T△S＜0反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行；
（2）已知CO的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱為-285.8kJ?mol^-1，可得熱化學(xué)方程式：⑤2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₅=-571.6kJ?mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律，⑤×2-①×4可得：CaS（s）+2O₂（g）?CaSO₄（s），故△H₄=2△H₅-4△H₁；
（3）①A．CaSO₄投入燃料反應(yīng)器前加以粉碎，可以增大反應(yīng)速率，不影響平衡移動(dòng)；
 B．降低溫度，有利于反應(yīng)②逆向進(jìn)行；
C．提高CO的初始體積百分?jǐn)?shù)，也有利于反應(yīng)②正向移動(dòng)；
D．反應(yīng)②為吸熱反應(yīng)，提高反應(yīng)體系的溫度，有利于反應(yīng)②正向移動(dòng)；
②由圖可知，對(duì)于反應(yīng)②在溫度小于900℃時(shí)lgK＜0，而對(duì)于反應(yīng)③在溫度大于650℃時(shí)lgK＜0，該溫度范圍之間反應(yīng)①進(jìn)行程度比較大；
③900℃時(shí)，反應(yīng)①的平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$=100、而反應(yīng)反應(yīng)②的平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（S{O}_{2}）}{c（CO）}$=1，聯(lián)立計(jì)算二氧化硫的濃度；
（4）如果用甲烷燃料替代CO，則燃料反應(yīng)器中主反應(yīng)是硫酸鈣與甲烷反應(yīng)生成硫化鈣、二氧化碳與水．

解答 解：（1）反應(yīng)②的△S＞0，△H＞0，而△G=△H-T△S＜0反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，故高溫下能自發(fā)進(jìn)行，
故答案為：反應(yīng)②的△S＞0，△H＞0，而△G=△H-T△S＜0反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，故高溫下能自發(fā)進(jìn)行，
（2）已知CO的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱為-285.8kJ?mol^-1，可得熱化學(xué)方程式：⑤2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₅=-571.6kJ?mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律，⑤×2-①×4可得：CaS（s）+2O₂（g）?CaSO₄（s），故△H₄=2△H₅-4△H₁=2×（-571.6kJ?mol^-1）-4×（-47.3kJ?mol^-1）=-954kJ?mol^-1，
故答案為：-954；
（3）①A．CaSO₄投入燃料反應(yīng)器前加以粉碎，可以增大反應(yīng)速率，不影響平衡移動(dòng)，不能降低SO₂生成量，故A錯(cuò)誤；
B．降低溫度，有利于反應(yīng)②逆向進(jìn)行，可以降低SO₂生成量，故B正確；
C．提高CO的初始體積百分?jǐn)?shù)，也有利于反應(yīng)②正向移動(dòng)，會(huì)增大SO₂生成量，故C錯(cuò)誤；
D．反應(yīng)②為吸熱反應(yīng)，提高反應(yīng)體系的溫度，有利于反應(yīng)②正向移動(dòng)，會(huì)增大SO₂生成量，故D錯(cuò)誤，
故選：B；
②由圖可知，對(duì)于反應(yīng)②在溫度小于900℃時(shí)lgK＜0，而對(duì)于反應(yīng)③在溫度大于650℃時(shí)lgK＜0，該溫度范圍之間反應(yīng)①進(jìn)行程度比較大，
故答案為：650℃～900℃；
③900℃時(shí)，反應(yīng)①的平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$=100、而反應(yīng)反應(yīng)②的平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（S{O}_{2}）}{c（CO）}$=1，聯(lián)立可得SO₂的平衡濃度為$\frac{1}{100}$mol/L=0.01mol/L，
故答案為：0.01；
（4）如果用甲烷燃料替代CO，則燃料反應(yīng)器中主反應(yīng)是硫酸鈣與甲烷反應(yīng)生成硫化鈣、二氧化碳與水，反應(yīng)化學(xué)方程式為：CaSO₄（s）+CH₄（g）═2CaS（s）+CO₂（g）+2H₂O（g），
故答案為：CaSO₄（s）+CH₄（g）═2CaS（s）+CO₂（g）+2H₂O（g）．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、反應(yīng)熱計(jì)算、圖象分析等，側(cè)重考查學(xué)生分析能力、獲取信息能力，難度中等．