Question

用CaSO₄代替O₂与燃料CO反应，既可提高燃烧效率，又能得到高纯CO₂，是一种高效、清洁、经济的新型燃烧技术。反应①为主反应，反应②和③为副反应。

①1/4CaSO₄(s)＋CO(g)1/4CaS(s)＋CO₂(g)

ΔH₁＝－47.3 kJ·mol^－1

②CaSO₄(s)＋CO(g)CaO(s)＋CO₂(g)＋SO₂(g)

ΔH₂＝＋210.5 kJ·mol^－1

③CO(g)1/2C(s)＋1/2CO₂(g)

ΔH₃＝－86.2 kJ·mol^－1

(1)反应2CaSO₄(s)＋7CO(g)CaS(s)＋CaO(s)＋6CO₂(g)＋C(s)＋SO₂(g)的ΔH＝________(用ΔH₁、ΔH₂和ΔH₃表示)。

(2)反应①～③的平衡常数的对数lgK随反应温度T的变化曲线如图所示，结合各反应的ΔH，归纳lgK－T曲线变化规律：

a)__________________________________________________________；

b)_________________________________________________________。

(3)向盛有CaSO₄的真空恒容密闭容器中充入CO，反应①于900 ℃达到平衡，c_平衡(CO)＝8.0×10^－5 mol·L^－1，计算CO的转化率________(忽略副反应，结果保留两位有效数字)。

(4)为减少副产物，获得更纯净的CO₂，可在初始燃料中适量加入________________________________________________________________________。

(5)以反应①中生成的CaS为原料，在一定条件下经原子利用率100%的高温反应，可再生CaSO₄，该反应的化学方程式为______________________；在一定条件下，CO₂可与对二甲苯反应，在其苯环上引入一个羧基，产物的结构简式为________________________________。

Answer 1

解析　(1)利用盖斯定律可以计算出所给反应的焓变，要学会利用所给方程式中化学计量数和反应物、中间产物的关系进行解答。根据盖斯定律，由①×4＋②＋③×2可得目标热化学方程式，故有ΔH＝4ΔH₁＋ΔH₂＋2ΔH₃。(2)该图象只标明反应①的变化趋势，由于反应①是放热反应，可得出“放热反应的lgK随温度的升高而减小，吸热反应的lgK随温度的升高而增大”的结论；由于所给三个热化学方程式中有两个是放热反应，一个是吸热反应，而给出的图象中有两条变化趋势相同，因此可判断曲线Ⅰ代表反应③，曲线Ⅱ代表反应②，通过反应①和反应③曲线相对关系，可得出“同为放热反应，ΔH越大，lgK随温度变化的变化值越小”的结论。(3)由图象可知，当反应①在900 ℃时，lgK＝2，即平衡常数K＝100。设起始时CO的浓度为a mol·L^－1，转化率为x mol·L^－1。

1/4CaSO₄(s)＋CO(g)1/4CaS(s)＋CO₂(g)

  a  0

  x  x

  8.0×10^－5  x

根据：K＝＝100，解得x＝8.0×10^－3。根据：a－x＝8.0×10^－5，解得a＝8.08×10^－3。所以CO的转化率＝×100%≈99%。(4)要获得更纯净的二氧化碳，必须减少二氧化硫的量，通过反应②的分析可知，当二氧化碳浓度增大时，可使平衡向左移动，所以可在初始燃料(CO)中加入适量二氧化碳，减少二氧化硫的产生，获得更纯净的二氧化碳。(5)本小题首先确定三点：一是反应物为CaS；二是生成物为CaSO₄；三是原子利用率为100%。所以另一种反应物为O₂，反应方程式为CaS＋2O₂CaSO₄；通过分析题给信息可知，生成物为反应物在苯环上引入羧基而得，所以生成物的结构简式为

答案　(1)4ΔH₁＋ΔH₂＋2ΔH₃　(2)放热反应的lgK随温度的升高而减小，吸热反应的lgK随温度的升高而增大　同为放热反应，ΔH越大，lgK随温度变化的变化值越小　(3)由图象可知，当反应①在900℃时，lgK＝2，即平衡常数K＝100。

设起始时CO的浓度为a mol·L^－1，转化量为x mol·L^－1。

　　　1/4CaSO₄(s)＋CO(g)1/4CaS(s)＋CO₂(g)

  a  0

  x  x

  8.0×10^－5  x

根据：K＝＝100，解得x＝8.0×10^－3。根据：a－x＝8.0×10^－5，解得a＝8.08×10^－3。所以CO的转化率＝×100%≈99%。

(4)二氧化碳(或CO₂)

(5)CaS＋2O₂CaSO₄