Question

一定條件下，通過下列反應可實現燃煤煙氣中硫的回收：
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
則反應熱ΔH=          kJ?mol^－1。
（2）其他條件相同、催化劑不同時，SO₂的轉化率隨反應溫度的變化如圖a。260℃時       （填Fe₂O₃、NiO或Cr₂O₃）作催化劑反應速率最快。Fe₂O₃和NiO作催化劑均能使SO₂的轉化率達到最高，不考慮價格因素，選擇Fe₂O₃的主要優點是              。

（3）科研小組在380℃、Fe₂O₃作催化劑時，研究了不同投料比[n(CO)∶n(SO₂)]對SO₂轉化率的影響，結果如圖b。請在答題卡坐標圖中畫出n(CO)∶n(SO₂)="2∶1" 時，SO₂轉化率的預期變化曲線。
（4）工業上還可用Na₂SO₃溶液吸收煙氣中的SO₂：Na₂SO₃+SO₂+H₂O=2NaHSO₃。某溫度下用1.0mol?L^－1 Na₂SO₃溶液吸收純凈的SO₂，當溶液中c(SO₃^2－)降至0.2mol?L^－1時，吸收能力顯著下降，應更換吸收劑。
①此時溶液中c(HSO₃^－)約為______mol?L^－1；
②此時溶液pH=______。（已知該溫度下SO₃^2—+H⁺HSO₃^—的平衡常數K="8.0" × 10⁶ L?mol^－1，計算時SO₂、H₂SO₃的濃度忽略不計）

Answer 1

（16分）
（1）—270  （3分）  
（2）Cr₂O₃  （3分） Fe₂O₃作催化劑時，在相對較低溫度可獲得較高SO₂的轉化率，從而節約大量能源（3分）
（3）見下圖 （3分）

（4）①1.6  （2分）  ②6  （2分）

試題分析：（1）觀察熱化學方程式之間的關系，發現已知第1個熱化學方程式減去第2個熱化學方程式時，能夠約去O₂(g)得到2CO(g)+SO₂(g)2CO₂(g)+S(l)，根據蓋斯定律，該反應熱ΔH=△H₁—△H₂=—270kJ?mol^－1；（2）讀圖a可知，260℃時平衡轉化率：Cr₂O₃> Fe₂O₃>NiO，由此推斷Cr₂O₃作催化劑時反應速率最快；讀圖可知，Fe₂O₃和NiO作催化劑均能使SO₂的轉化率達到最高，當SO₂的轉化率相同時，反應溫度：Fe₂O₃<NiO，所以Fe₂O₃作催化劑時的主要優點是在相對較低溫度可獲得較高SO₂的轉化率，從而節約大量能源；（3）讀圖b可知，其他條件相同時，增大n(CO)∶n(SO₂)的比值，就是增大CO或反應物濃度，既能增大反應速率，縮短達到平衡的時間，還使平衡向正反應反應方向移動，使SO₂的轉化率增大，由于圖a中380℃時SO₂的轉化率最高，所以n(CO)∶n(SO₂)的比值為2∶1變為3∶1時，SO₂的平衡轉化率基本上完全相同，只是達到平衡的時間縮短，由此可以在圖b中畫出有關溫度對反應速率和平衡移動的影響圖像；（4）依題意，Na₂SO₃、NaHSO₃都是強電解質，可以推斷反應物和生成物的起始濃度、變化濃度、更換試劑時濃度，則：
SO₃^2—+SO₂+H₂O=2HSO₃^—
起始濃度（mol/L）          1.0               0
變化濃度（mol/L）          0.8              1.6
更換試劑時濃度（mol/L）    0.2              1.6
則更換試劑時，c(HSO₃^—)=1.6mol/L
由于SO₃^2—+H⁺HSO₃^—的平衡常數K= c(HSO₃^—)/[ c(SO₃^2—)? c(H⁺)]，則c(H⁺)= c(HSO₃^—)/[ c(SO₃^2—)?K)]，由于c(HSO₃^—)=1.6mol/L，c(SO₃^2—)=0.2mol/L，該溫度下K="8.0" × 10⁶ L?mol^－1，則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。