题目

题型：不详难度：来源：

一定条件下，通过下列反应可实现燃煤烟气中硫的回收：
2CO(g)+SO₂(g)2CO₂(g)+S(l)   △H
（1）已知2CO(g)+O₂(g)= 2CO₂(g)   △H₁=—566kJ•mol^—1
S(l) +O₂(g)= SO₂(g)   △H₂=—296kJ•mol^—1
则反应热ΔH=          kJ•mol^－1。
（2）其他条件相同、催化剂不同时，SO₂的转化率随反应温度的变化如图a。260℃时       （填Fe₂O₃、NiO或Cr₂O₃）作催化剂反应速率最快。Fe₂O₃和NiO作催化剂均能使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              。

（3）科研小组在380℃、Fe₂O₃作催化剂时，研究了不同投料比[n(CO)∶n(SO₂)]对SO₂转化率的影响，结果如图b。请在答题卡坐标图中画出n(CO)∶n(SO₂)="2∶1" 时，SO₂转化率的预期变化曲线。
（4）工业上还可用Na₂SO₃溶液吸收烟气中的SO₂：Na₂SO₃+SO₂+H₂O=2NaHSO₃。某温度下用1.0mol•L^－1 Na₂SO₃溶液吸收纯净的SO₂，当溶液中c(SO₃^2－)降至0.2mol•L^－1时，吸收能力显著下降，应更换吸收剂。
①此时溶液中c(HSO₃^－)约为______mol•L^－1；
②此时溶液pH=______。（已知该温度下SO₃^2—+H⁺HSO₃^—的平衡常数K="8.0" × 10⁶ L•mol^－1，计算时SO₂、H₂SO₃的浓度忽略不计）

答案

（16分）
（1）—270  （3分）  
（2）Cr₂O₃  （3分） Fe₂O₃作催化剂时，在相对较低温度可获得较高SO₂的转化率，从而节约大量能源（3分）
（3）见下图 （3分）

（4）①1.6  （2分）  ②6  （2分）

解析

试题分析：（1）观察热化学方程式之间的关系，发现已知第1个热化学方程式减去第2个热化学方程式时，能够约去O₂(g)得到2CO(g)+SO₂(g)2CO₂(g)+S(l)，根据盖斯定律，该反应热ΔH=△H₁—△H₂=—270kJ•mol^－1；（2）读图a可知，260℃时平衡转化率：Cr₂O₃> Fe₂O₃>NiO，由此推断Cr₂O₃作催化剂时反应速率最快；读图可知，Fe₂O₃和NiO作催化剂均能使SO₂的转化率达到最高，当SO₂的转化率相同时，反应温度：Fe₂O₃<NiO，所以Fe₂O₃作催化剂时的主要优点是在相对较低温度可获得较高SO₂的转化率，从而节约大量能源；（3）读图b可知，其他条件相同时，增大n(CO)∶n(SO₂)的比值，就是增大CO或反应物浓度，既能增大反应速率，缩短达到平衡的时间，还使平衡向正反应反应方向移动，使SO₂的转化率增大，由于图a中380℃时SO₂的转化率最高，所以n(CO)∶n(SO₂)的比值为2∶1变为3∶1时，SO₂的平衡转化率基本上完全相同，只是达到平衡的时间缩短，由此可以在图b中画出有关温度对反应速率和平衡移动的影响图像；（4）依题意，Na₂SO₃、NaHSO₃都是强电解质，可以推断反应物和生成物的起始浓度、变化浓度、更换试剂时浓度，则：
SO₃^2—+SO₂+H₂O=2HSO₃^—
起始浓度（mol/L）          1.0               0
变化浓度（mol/L）          0.8              1.6
更换试剂时浓度（mol/L）    0.2              1.6
则更换试剂时，c(HSO₃^—)=1.6mol/L
由于SO₃^2—+H⁺HSO₃^—的平衡常数K= c(HSO₃^—)/[ c(SO₃^2—)• c(H⁺)]，则c(H⁺)= c(HSO₃^—)/[ c(SO₃^2—)•K)]，由于c(HSO₃^—)=1.6mol/L，c(SO₃^2—)=0.2mol/L，该温度下K="8.0" × 10⁶ L•mol^－1，则c(H⁺)=1.6/(0.2×8.0 × 10⁶) mol/L=10^—6 mol/L；由于溶液的pH="—lg" c(H⁺)=—（—6）=6。