Question

燃煤烟气中含有一定量的二氧化硫，会造成大气污染。一定条件下，通过下列反应可以实现燃煤烟气中硫的回收：2CO（g）+SO₂（g）2CO₂（g）+S（l）   ∆H， 请回答：

⑴已知CO（g）+O₂（g）=CO₂（g）        △H₁=-a kJ·mol^-1

S（s）+O₂（g）=SO₂（g）                   ∆H₂=-b kJ·mol^-1

S（l）=S（s）                             ∆H₃=-c kJ·mol^-1

则△H=_______kJ·mol^-1。

⑵一定温度下，向2L恒容密闭容器中通入2molCO和1molSO₂，在不同条件下进行反应：2CO（g）+SO₂（g）2CO₂（g）+S（l），反应体系总压强随时间的变化如图所示：

①图中三组实验从反应开始至达到平衡时的反应速率v（CO）由大到小的次序为___（ 填实验序号）； 与a组相比，c组改变的实验条件可能是___。

②若b组反应进行到40min时达到平衡状态，此时测得容器中气体的密度比反应前减少了12.8 g·L^-1，则CO的物质的量浓度c（CO）=___，反应在此条件下的化学平衡常数K=___

⑶其他条件相同、催化剂不同时，SO，的转化率随反应温度的变化如下图，260°C时，______（填Fe₂O₃、NiO或Cr₂O₃）作催化剂反应速率最快；Fe₂O₃和NiO作催化剂均使SO₂的转化率达到最高，不考虑价格因素，选择Fe₂O₃的主要优点是_______。

⑷SO₂—O₂质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保三项目标，此电池的负极反应式为____________。

Answer

b+c-2a b>c>a 升高温度 0.2mol·L-1 160 Cr2O3 在相对较低的温度下可获得较高的SO2的转化率，从而节约大量能源 SO2+2H2O-2e-=SO42-+4H+

【解析】

根据盖斯定律可知，△H可以通过△H1×=2-∆H2-∆H3得到；2CO（g）+SO2（g）2CO2（g）+S（l）为反应前后气体分子数减小的反应，由题（2）图中曲线拐点可知，b组先达到平衡，最后为a组；SO2—O2质子交换膜燃料电池中SO2通入负极，O2通入正极。

（1）将CO（g）+O2（g）=CO2（g）标记为①，S（s）+O2（g）=SO2（g）标记为②，S（l）=S（s）标记为③，反应2CO（g）+SO2（g）2CO2（g）+S（l）可由①×2-②-③得到，根据盖斯定律，△H=2×△H1-∆H2-∆H3==（-2a +b+c）kJ·mol-1。

（2）①由题（2）图中曲线拐点可知，b组先达到平衡，最后为a组，故反应速率v（CO）由大到小的次序为b>c>a。

②反应达到平衡状态，此时测得容器中气体的密度比反应前减少了12.8 g·L-1，减少的气体质量即为S（l）的质量，m=12.8 g·L-1×2L=25.6g，n=，根据反应方程式可知，参与反应的一氧化碳的物质的量为n(CO)=1.6mol，剩余的一氧化碳的物质的量为0.4mol，则CO的物质的量浓度c（CO）=0.2mol·L-1，c(CO2)=0.8 mol·L-1，n(SO2)=0.1 mol·L-1，化学平衡常数K=。

（3）260°C时，相同时间内加入Cr2O3后SO2转化率最高，因为温度相同，催化剂不影响平衡，所以加入Cr2O3最快达到平衡；从折线图中可知Fe2O3作催化剂时，在相对较低温度可获得较高的SO2的转化率，从而节约大量能源。

（4）SO2在负极失电子反应氧化反应生成硫酸，电极反应式为SO2+2H2O-2e-=SO42-+4H+。