Question

目前，处理烟气中 SO₂ 常采用两种方法：碱液吸收法和水煤气还原法。

Ⅰ.碱液吸收法

25℃时，K_b(NH₃·H₂O)＝1.8×10^－5；H₂SO₃：K_a1＝1.5×10^－2，K_a2＝1.0×10^－7；K_sp(CaSO₄)＝7.1×10^－5。

第1步：用过量的浓氨水吸收 SO₂，并在空气中氧化；

第2步：加入石灰水，发生反应 Ca^2＋＋2OH^－＋2NH₄^＋＋SO₄^2－⇌CaSO₄↓＋2NH₃·H₂O  K。

(1)25℃时，0.1 mol·L^－1(NH₄)₂SO₃ 溶液的 pH_____(填“>”“<”或“＝”)7。

(2)计算第2步中反应的 K＝_____。

Ⅱ.水煤气还原法

已知：①2CO(g)＋SO₂(g)=S(l)＋2CO₂(g)    ΔH₁＝－37.0 kJ·mol^－1

②2H₂(g)＋SO₂(g)=S(l)＋2H₂O(g)    ΔH₂＝＋45.4 kJ·mol^－1

③CO 的燃烧热ΔH₃＝－283 kJ·mol^－1

(3)表示液态硫(S)的燃烧热的热化学方程式为_________。

(4)反应②中，正反应活化能 E₁_____(填“>”“<”或“＝”)ΔH₂。

(5)在一定压强下，发生反应①。平衡时SO₂的转化率α(SO₂)与投料比的比值[＝y]、温度 T 的关系如图所示。

比较平衡时CO的转化率α(CO)：N_____M。逆反应速率：N_____P(填“>”“<”或“＝”)。

(6)某温度下，向10L恒容密闭容器中充入2molH₂、2 molCO和2molSO₂发生反应①、②，第5min时达到平衡，测得混合气体中CO₂、H₂O(g)的物质的量分别为1.6 mol、1.8 mol。

①该温度下，反应②的平衡常数K为_____。

②其他条件不变，在第 7 min 时缩小容器体积，SO₂的平衡浓度_____(填“增大”“减小”或“不变”)。

Answer

> 4.3×1013 S(l)＋O2(g)=SO2(g) ΔH＝－529 kJ·mol-1 > > < 2700 增大

【解析】

(1)根据Kb(NH3•H2O)=1.8×10-5＞Ka2(H2SO3)=1.0×10-7，分析判断；

(2)第2步：加入石灰水，发生反应Ca2++2OH-+2NH4++SO42-⇌CaSO4↓+2NH3•H2O，化学平衡常数K=，结合电离平衡常数和溶度积常数分析计算；

(3)根据盖斯定律分析解答；

(4)根据焓变△H2=E1-E2结合反应②为吸热反应分析判断；

(5)反应①的正反应是气体体积减小的放热反应，温度相同、投料比的比值[=y]越大，SO2的转化率α越大；投料比相同时，温度越高，SO2的转化率α越低，据此分析解答；

(6)①根据三段式结合平衡常数K=计算；②其他条件不变，在第7min时缩小容器体积，即使容器的压强增大，化学平衡正向移动，据此分析判断。

(1)由于Kb(NH3•H2O)=1.8×10-5＞Ka2(H2SO3)=1.0×10-7，根据盐的水解规律：“谁弱谁水解，谁强显谁性”可知，(NH4)2SO3溶液呈碱性，pH＞7；故答案为：＞；

(2)第2步：加入石灰水，发生反应Ca2++2OH-+2NH4++SO42-⇌CaSO4↓+2NH3•H2O 化学平衡常数K====4.3×1013，故答案为：4.3×1013；

(3)①2CO(g)+SO2(g)⇌S(l)+2CO2(g) △H1=-37.0kJ/mol，②2H2(g)+SO2(g)=S(l)+2H2O(g) △H2=+45.4kJ/mol，CO的燃烧热△H3=-283kJ/mol，即③CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H3=-283kJ/mol，根据盖斯定律③×2-①计算S(l)+O2(g)=SO2(g)的△H=(-283kJ/mol)×2 - (-37.0kJ/mol)=-529kJ/mol，热化学方程式为S(l)+O2(g)=SO2(g) △H=-529kJ/mol，故答案为：S(l)+O2(g)=SO2(g) △H=-529kJ/mol；

(4)反应②的正反应为吸热反应，焓变△H2=E1-E2(逆反应活化能)＞0，E1=E2+△H2，由于E2＞0，所以E1＞△H2，故答案为：＞；

(5)反应①的正反应是气体体积减小的放热反应，温度相同、投料比的比值[=y]越大，SO2的转化率α越大、CO的转化率越小，即y1＞y2，投料比相同时，温度越高，SO2的转化率α越低，所以N点的投料比小、温度低，则CO的转化率大于M点CO的转化率；N、P投料比相同，但P点温度高，所以P点反应速率大于N点，逆反应速率：N＜P，故答案为：＞；＜；

(6)①对于 2CO(g)+SO2(g)⇌S(l)+2CO2(g)

开始(mol/L) 0.2 0.2 0

变化(mol/L) 0.16 0.08 0.16

平衡(mol/L) 0.04 0.12 0.16

对于2H2(g)+SO2(g)⇌S(l)+2H2O(g)

开始(mol/L) 0.2 0.12 0

变化(mol/L) 0.18 0.09 0.18

平衡(mol/L) 0.02 0.03 0.18

所以反应②的化学平衡常数K===2700，故答案为：2700；

②其他条件不变，在第7min时缩小容器体积，即使容器的压强增大，由于两个反应的正反应都是气体体积减小的反应，所以缩小体积，容器的压强增大，化学平衡正向移动，二氧化硫的物质的量减小，但由于容器体积减小，所以二氧化硫的浓度仍然会增大，故答案为：增大。