Question

氢气还原石膏的过程会发生多个反应,其中主要反应为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,当CaSO₄(s)与H₂(g)的起始物质的量之比为1∶1时,测得平衡时物质的量如图所示。

Ⅰ:CaSO₄(s)+H₂(g)CaO(s)+H₂O(g)+SO₂(g)　ΔH₁>0

Ⅱ:CaSO₄(s)+4H₂(g)CaS(s)+4H₂O(g)　ΔH₂<0

Ⅲ:3CaSO₄(s)+CaS(s)4CaO(s)+4SO₂(g)　ΔH₃

回答下列问题:

(1)100 ℃~700 ℃主要发生反应____(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)。 

(2)ΔH₃=____(用含ΔH₁、ΔH₂的代数式表示),ΔH₃____(填“>”或“<”)0,反应Ⅲ达到平衡后,升高温度,平衡____(填“正向”或“逆向”)移动。 

(3)向某恒温恒容密闭容器中加入0.3 mol CaSO₄和0.1 mol CaS,高温下若只发生反应Ⅲ,达到平衡时向容器中再充入少量SO₂,下列说法正确的是____(填字母)。 

A.重新平衡时,容器内气体总压强增大

B.重新平衡时,CaO的量减少

C.重新平衡时,SO₂的浓度不变

D.CaSO₄(s)、CaS(s)的质量不变

(4)其他条件一定时,H₂的流量与石膏的分解率和脱硫率关系如图所示。在气体流量高于242 mL·min^-1时,分解率和脱硫率均降低,可能的原因是____(只写一条)。 

(5)已知其中副反应之一为2CaSO₄(s)2CaO(s)+2SO₂(g)+O₂(g),在1625 K时,平衡常数K_p=1.45×10^-5 atm³(atm表示大气压,≈3.81)。该温度下,反应CaO(s)+SO₂(g)+O₂(g) CaSO₄(s)的K'_p=____(保留整数部分)。

Answer

Ⅱ 4ΔH1-ΔH2 > 正向 BC 生成的SO2在过量H2的作用下又重新生成CaS或CaSO4 262

【解析】

（1）由图可知，100 ℃~700 ℃反应达到平衡时，水蒸气和硫化钙的物质的量比为1.0mol：0.25mol=4:1；

（2）由盖斯定律可知，Ⅰ×4—Ⅱ=Ⅲ，则ΔH3=4ΔH1-ΔH2；由图可知，升高温度，生成物二氧化硫和氧化钙的物质的量增大，说明平衡向正反应方向移动；

（3）由化学方程式可知，反应Ⅲ的化学平衡常数K=c4（SO2），温度不变，平衡常数不变，则达到平衡时向容器中再充入少量SO2，平衡向逆反应方向移动，重新平衡时，容器内二氧化硫的浓度和物质的量不变，CaSO4(s)的质量增大，CaS(s)的质量减小；

（4）在氢气流量高于242 mL·min-1时，导致氢气过量，反应生成的二氧化硫在过量氢气的作用下重新生成硫化钙和硫酸钙；

（5）反应CaO(s)+SO2(g)+O2(g) CaSO4(s)的K'p=。

（1）由图可知，100 ℃~700 ℃反应达到平衡时，水蒸气和硫化钙的物质的量比为1.0mol：0.25mol=4:1，由题给化学方程式的化学计量数可知，主要发生反应Ⅱ，故答案为：Ⅱ；

（2）由盖斯定律可知，Ⅰ×4—Ⅱ=Ⅲ，则ΔH3=4ΔH1-ΔH2；由图可知，升高温度，生成物二氧化硫和氧化钙的物质的量增大，说明平衡向正反应方向移动，该反应为吸热反应，故答案为：4ΔH1-ΔH2；>；正向；

（3）A.由化学方程式可知，反应Ⅲ的化学平衡常数K=c4（SO2），温度不变，平衡常数不变，则达到平衡时向容器中再充入少量SO2，重新平衡时，容器内二氧化硫的浓度和物质的量不变，气体总压强不变，故错误；

B. 达到平衡时向容器中再充入少量SO2，生成物浓度增大，平衡向逆反应方向移动，重新平衡时，CaO的量减少，故正确；

C. 由化学方程式可知，反应Ⅲ的化学平衡常数K=c4（SO2），温度不变，平衡常数不变，则达到平衡时向容器中再充入少量SO2，重新平衡时，容器内二氧化硫的浓度和物质的量不变，故正确；

D. 达到平衡时向容器中再充入少量SO2，生成物浓度增大，平衡向逆反应方向移动，重新平衡时，CaSO4(s)的质量增大，CaS(s)的质量减小，故错误；

BC正确，故答案为：BC；

（4）在氢气流量高于242 mL·min-1时，导致氢气过量，反应生成的二氧化硫在过量氢气的作用下重新生成硫化钙和硫酸钙，导致分解率和脱硫率均降低，故答案为：生成的SO2在过量H2的作用下又重新生成CaS或CaSO4；

（5）反应CaO(s)+SO2(g)+O2(g) CaSO4(s)的K'p===≈262，故答案为：262。