问题详情:
SO2的含量是衡量大气污染的一个重要指标。工业上常采用催化还原法或吸收法处理SO2。利用催化还原SO2法不仅可消除SO2污染,而且可得到有经济价值的单质S。
(1)在复合组分催化剂作用下,CH4可使SO2转化为S,同时生成CO2和液态H2O。已知CH4和S的燃烧热(ΔH)分别为-890.3 kJ/mol和-297.2 kJ/mol,则CH4和SO2反应的热化学方程式为_________________。
(2)在恒容密闭容器中,用H2还原SO2生成S的反应分两步完成(如图1所示),该过程中相关物质的物质的量浓度随时间的变化关系如图2所示:
①分析可知X为___________(填化学式),O~t1时间段的温度为_____________,0~t1时间段用SO2表示的化学反应速率为_________________。
②用H2还原SO2生成S的总反应的化学方程式为__________________。
(3)焦炭催化还原SO2生成S2,化学方程式为2C(s)+2SO2(g)S2(g)+2CO2(g),恒容密闭容器中,1 mol/L SO2与足量的焦炭反应,SO2的转化率随温度的变化如图3所示。
①该反应的ΔH_______(填“>”或“<”)0。
②计算a点的平衡常数为______________。
【回答】
【*】 (1). CH4(g)+2SO2(g)===CO2(g)+2S(s)+2H2O(l)ΔH=-295.9kJ/mol (2). H2S (3). 300℃ (4). 2/t1×10-3mol/(L·min) (5). 2H2+SO2S+2H2O (6). < (7). 36.45mol/L
【解析】
【分析】
(1)根据盖斯定律进行推导CH4和SO2反应的热化学方程式;
(2)H2还原SO2发生反应2H2+SO2S+2H2O,图1右侧SO2→S,S元素的化合价降低,根据氧化还原反应特点,化合价有升高,必然有降低,因此推出X为H2S;0~t1时间,X的浓度达到最大,应是图1左侧反应,4H2+SO2=H2S+2H2O,温度为300℃;根据化学反应速率的表达式进行计算;
(3)根据三段式计算a点的平衡常数。
【详解】(1)CH4燃烧的热化学方程式为:CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)△H=-890.3kJ/mol ①,S燃烧的热化学方程式为:S(s)+O2(g)═SO2(g),△H=-297.2kJ/mol ②,根据盖斯定律可知,由①-②×2即可得到CH4和SO2反应的热化学方程式为:CH4(g)+2SO2(g)=CO2(g)+2S(s)+2H2O(l) ΔH=-295.9kJ/mol,故*为:CH4(g)+2SO2(g)=CO2(g)+2S(s)+2H2O(l) ΔH=-295.9kJ/mol。
(2)①H2还原SO2发生反应2H2+SO2S+2H2O,图1右侧SO2→S,S元素的化合价降低,根据氧化还原反应特点,化合价有升高,必然有降低,因此推出X为H2S;0~t1时间,X的浓度达到最大,应是图1左侧反应,4H2+SO2=H2S+2H2O,温度为300℃;根据化学反应速率的表达式,v(SO2)=(3-1)/t1×10-3mol/(L·min)=2/t1×10-3mol/(L·min),故*为:H2S,300℃,2/t1×10-3mol/(L·min)。
②根据以上分析,总反应的化学方程式为2H2+SO2S+2H2O,故*为:2H2+SO2S+2H2O。
(2)①根据图像,700℃时SO2的转化率达到最大,反应达到平衡,右侧随着温度的升高,SO2的转化率降低,根据勒夏特列原理,正反应为放热反应,即ΔH<0,故*为:<。
② 2C(s)+2SO2(g)S2(g)+2CO2(g)
起始(mol/L) 1 0 0
变化(mol/L) 0.9 0.45 0.9
平衡(mol/L) 0.1 0.45 0.9
化学平衡常数的表达式K=c(S2)c2(CO2)/c2(SO2)=0.45mol/L×(0.9mol/L)2/(0.1mol/L)2=36.45mol/L
故*为:36.45mol/L。
知识点:二氧化硫
题型:填空题