Question

【题目】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______________。

Answer 1

【答案】CH4(g)＋2SO2(g)===CO2(g)＋2S(s)＋2H2O(l)ΔH＝－295.9kJ/mol H2S 300℃ 2/t1×10－3mol/(L·min) 2H2＋SO2S＋2H2O ＜ 36.45mol/L

【解析】

（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。

（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，故答案为：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)，故答案为：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，故答案为：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，故答案为：＜。

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

故答案为：36.45mol/L。