Question

磷石膏是湿法生产磷酸的固体废弃物，用磷石膏生产硫酸或硫，既可减少对环境的污染又可使资源循环利用。回答下列问题:

（1）用焦炭、硫磺等均可还原磷石膏。已知下列反应：

I .CaSO₄(s)+2C(s)=CaS(s) +2CO₂(g)             ∆H₁=+226kJ·mol^—1

II.3CaSO₄ (s)+CaS(s)=4CaO(s) +4SO₂(g)         ∆H₂=akJ·mol^—1

III. 3CaS(s)+CaSO₄ (s) =4CaO(s) +4S(s)          ∆H₃=bkJ·mol^—1

①反应（I）能在______(填“低温”“高温”或“任何温度”)下自发进行。

②用硫磺还原CaSO，反应为2CaSO₄(s)+S(s)=2CaO(s)+3SO₂ (g)，其△H=___ kJ·mol^—1(用含a、b的代数式表示)。

（2）磷石膏转氨法制硫酸的主要反应为CaSO₄(s)+(NH₄)₂CO₃CaCO₃(s)+(NH₄)₂SO₄，该反应的平衡常数K=________[已知:K_sp (CaCO₃)=2. 5×10^—9，K_sp(CaSO₄)=3. 2×10^—7]，为了提高CaSO₄的平衡转化率，可采取的措施是_______________________________。(写一条)。

（3）一氧化碳还原CaSO₄可发生下列反应，其lgK_p与温度(T)的关系如图所示(K_p为以分压表示的平衡常数)。

I .SO₂(g)+3CO(g) 2CO₂(g)+COS(g)

II .CaSO₄(s)+CO(g) CaO(s)+CO₂ (g)+SO₂(g)

①△H>0的反应是_______(填“I”或“II”)。

②在交点A处，气体分压间满足的关系是:p (COS) =_____

③在恒温恒容密闭容器中进行反应(I)，能说明已达到平衡状态的是___________(填字母)。

a. 2v(CO) _正=3v(CO₂)_正

b.气体的密度不再随时间变化

c.气体的压强不再随时间变化

d. 的值不再随时间而变化

④若在1.0 L的恒容密闭容器中加入1mol CaSO₄，并充入1molCO，只发生反应II。在B点时气体总压强为1 MPa，则此时CaSO₄转化率为________(已知1.41).

Answer

高温 128 增大CO32-的浓度 Ⅱ cd 70.9%

【解析】

（1）①根据∆G=∆H-T∆S分析；

②用盖斯定律计算反应2CaSO4(s)+S(s)=2CaO(s)+3SO2 (g)的△H。

（2）用离子方程式计算反应的平衡常数K；为了提高CaSO4的平衡转化率，使平衡向右移动，根据影响平衡的因素分析。

（3）①根据温度对平衡常数的影响分析。

②在交点A处，反应Ⅰ和反应Ⅱ的Kp相等。

③平衡时，正逆反应速率相等，各组分的物质的量、浓度等不随时间而变化，据此分析。

④列三段式计算CaSO4的转化率。

（1）①∆G=∆H-T∆S＜0的反应能自发进行。根据反应（I）的化学方程式可知，该反应的∆S＞0，已知该反应的∆H1=+226kJ·mol—1＞0，要使∆G＜0，需要比较高的温度，故答案为：高温。

②根据盖斯定律，把（反应Ⅱ×3-反应Ⅲ）÷4，即得反应2CaSO4(s)+S(s)=2CaO(s)+3SO2 (g)，其△H= kJ·mol—1。

（2）磷石膏转氨法制硫酸的主要反应为CaSO4(s)+(NH4)2CO3CaCO3(s)+(NH4)2SO4，改写成离子方程式为：CaSO4(s)+ CO32-CaCO3(s)+ SO42-，该反应的平衡常数K=====128；为了提高CaSO4的平衡转化率，需使平衡正向移动，可增大CO32-浓度或降低SO42-浓度。

（3）①由图像可知，温度升高，反应I的平衡常数降低，说明I正反应是放热的，反应II的平衡常数升高，说明反应II的正反应是吸热的，故△H>0的反应是II。

②在交点A处，反应Ⅰ和反应Ⅱ的Kp相等，即，所以p (COS) =。

③a. 都是正反应速率，无法判断正逆反应速率是否相等，错误；

b.反应物和生成物都是气体，混合气总质量是不变的，容器容积固定，所以气体密度一直不变，故气体的密度不再随时间变化不能说明反应达到了平衡状态，错误；

c.该反应前后气体系数和不等，所以压强一直在变小，平衡时才不再随时间变化，正确；

d. 随着反应的进行，生成物浓度在增大，反应物浓度在降低，所以的值一直在增大，当平衡时，此比值不再随时间而变化，故不再变化时反应达到平衡状态，正确；

故选cd。

④若在1.0 L的恒容密闭容器中加入1mol CaSO4，并充入1molCO，发生反应II。在B点时气体总压强为1 MPa，lgKp=0，即=1。设转化的CaSO4的物质的量为x，列三段式：

p(CO)=，p(CO2)=p(SO2)=，Kp===1，解得x=0.709，则此时CaSO4转化率为×100%=70.9%。