SO2的含量是衡量大氣污染的一個重要指標。工業上常採用催化還原法或吸收法處理SO2。利用催化還原SO2法不僅可...
問題詳情:
SO2的含量是衡量大氣污染的一個重要指標。工業上常採用催化還原法或吸收法處理SO2。利用催化還原SO2法不僅可消除SO2污染,而且可得到有經濟價值的單質S。
(1)在複合組分催化劑作用下,CH4可使SO2轉化為S,同時生成CO2和液態H2O。已知CH4和S的燃燒熱(ΔH)分別為-890.3 kJ/mol和-297.2 kJ/mol,則CH4和SO2反應的熱化學方程式為_________________。
(2)在恆容密閉容器中,用H2還原SO2生成S的反應分兩步完成(如圖1所示),該過程中相關物質的物質的量濃度隨時間的變化關係如圖2所示:
①分析可知X為___________(填化學式),O~t1時間段的温度為_____________,0~t1時間段用SO2表示的化學反應速率為_________________。
②用H2還原SO2生成S的總反應的化學方程式為__________________。
(3)焦炭催化還原SO2生成S2,化學方程式為2C(s)+2SO2(g)S2(g)+2CO2(g),恆容密閉容器中,1 mol/L SO2與足量的焦炭反應,SO2的轉化率隨温度的變化如圖3所示。
①該反應的ΔH_______(填“>”或“<”)0。
②計算a點的平衡常數為______________。
【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)根據蓋斯定律進行推導CH4和SO2反應的熱化學方程式;
(2)H2還原SO2發生反應2H2+SO2S+2H2O,圖1右側SO2→S,S元素的化合價降低,根據氧化還原反應特點,化合價有升高,必然有降低,因此推出X為H2S;0~t1時間,X的濃度達到最大,應是圖1左側反應,4H2+SO2=H2S+2H2O,温度為300℃;根據化學反應速率的表達式進行計算;
(3)根據三段式計算a點的平衡常數。
【詳解】(1)CH4燃燒的熱化學方程式為:CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)△H=-890.3kJ/mol ①,S燃燒的熱化學方程式為:S(s)+O2(g)═SO2(g),△H=-297.2kJ/mol ②,根據蓋斯定律可知,由①-②×2即可得到CH4和SO2反應的熱化學方程式為:CH4(g)+2SO2(g)=CO2(g)+2S(s)+2H2O(l) ΔH=-295.9kJ/mol,故*為:CH4(g)+2SO2(g)=CO2(g)+2S(s)+2H2O(l) ΔH=-295.9kJ/mol。
(2)①H2還原SO2發生反應2H2+SO2S+2H2O,圖1右側SO2→S,S元素的化合價降低,根據氧化還原反應特點,化合價有升高,必然有降低,因此推出X為H2S;0~t1時間,X的濃度達到最大,應是圖1左側反應,4H2+SO2=H2S+2H2O,温度為300℃;根據化學反應速率的表達式,v(SO2)=(3-1)/t1×10-3mol/(L·min)=2/t1×10-3mol/(L·min),故*為:H2S,300℃,2/t1×10-3mol/(L·min)。
②根據以上分析,總反應的化學方程式為2H2+SO2S+2H2O,故*為:2H2+SO2S+2H2O。
(2)①根據圖像,700℃時SO2的轉化率達到最大,反應達到平衡,右側隨着温度的升高,SO2的轉化率降低,根據勒夏特列原理,正反應為放熱反應,即ΔH<0,故*為:<。
② 2C(s)+2SO2(g)S2(g)+2CO2(g)
起始(mol/L) 1 0 0
變化(mol/L) 0.9 0.45 0.9
平衡(mol/L) 0.1 0.45 0.9
化學平衡常數的表達式K=c(S2)c2(CO2)/c2(SO2)=0.45mol/L×(0.9mol/L)2/(0.1mol/L)2=36.45mol/L
故*為:36.45mol/L。
知識點:二氧化硫
題型:填空題