Question

【題目】氫氣還原石膏的過程會發生多個反應,其中主要反應為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,當CaSO4(s)與H2(g)的起始物質的量之比為1∶1時,測得平衡時物質的量如圖所示。

Ⅰ:CaSO4(s)+H2(g)CaO(s)+H2O(g)+SO2(g)　ΔH1>0

Ⅱ:CaSO4(s)+4H2(g)CaS(s)+4H2O(g)　ΔH2<0

Ⅲ:3CaSO4(s)+CaS(s)4CaO(s)+4SO2(g)　ΔH3

回答下列問題:

(1)100 ℃~700 ℃主要發生反應____(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)。

(2)ΔH3=____(用含ΔH1、ΔH2的代數式表示),ΔH3____(填“>”或“<”)0,反應Ⅲ達到平衡后,升高溫度,平衡____(填“正向”或“逆向”)移動。

(3)向某恒溫恒容密閉容器中加入0.3 mol CaSO4和0.1 mol CaS,高溫下若只發生反應Ⅲ,達到平衡時向容器中再充入少量SO2,下列說法正確的是____(填字母)。

A.重新平衡時,容器內氣體總壓強增大

B.重新平衡時,CaO的量減少

C.重新平衡時,SO2的濃度不變

D.CaSO4(s)、CaS(s)的質量不變

(4)其他條件一定時,H2的流量與石膏的分解率和脫硫率關系如圖所示。在氣體流量高于242 mL·min-1時,分解率和脫硫率均降低,可能的原因是____(只寫一條)。

(5)已知其中副反應之一為2CaSO4(s)2CaO(s)+2SO2(g)+O2(g),在1625 K時,平衡常數Kp=1.45×10-5 atm3(atm表示大氣壓,≈3.81)。該溫度下,反應CaO(s)+SO2(g)+O2(g) CaSO4(s)的K'p=____(保留整數部分)。

Answer 1

【答案】Ⅱ 4ΔH1-ΔH2 > 正向 BC 生成的SO2在過量H2的作用下又重新生成CaS或CaSO4 262

【解析】

（1）由圖可知，100 ℃~700 ℃反應達到平衡時，水蒸氣和硫化鈣的物質的量比為1.0mol：0.25mol=4:1；

（2）由蓋斯定律可知，Ⅰ×4—Ⅱ=Ⅲ，則ΔH3=4ΔH1-ΔH2；由圖可知，升高溫度，生成物二氧化硫和氧化鈣的物質的量增大，說明平衡向正反應方向移動；

（3）由化學方程式可知，反應Ⅲ的化學平衡常數K=c4（SO2），溫度不變，平衡常數不變，則達到平衡時向容器中再充入少量SO2，平衡向逆反應方向移動，重新平衡時，容器內二氧化硫的濃度和物質的量不變，CaSO4(s)的質量增大，CaS(s)的質量減��；

（4）在氫氣流量高于242 mL·min-1時，導致氫氣過量，反應生成的二氧化硫在過量氫氣的作用下重新生成硫化鈣和硫酸鈣；

（5）反應CaO(s)+SO2(g)+O2(g) CaSO4(s)的K'p=。

（1）由圖可知，100 ℃~700 ℃反應達到平衡時，水蒸氣和硫化鈣的物質的量比為1.0mol：0.25mol=4:1，由題給化學方程式的化學計量數可知，主要發生反應Ⅱ，故答案為：Ⅱ；

（2）由蓋斯定律可知，Ⅰ×4—Ⅱ=Ⅲ，則ΔH3=4ΔH1-ΔH2；由圖可知，升高溫度，生成物二氧化硫和氧化鈣的物質的量增大，說明平衡向正反應方向移動，該反應為吸熱反應，故答案為：4ΔH1-ΔH2；>；正向；

（3）A.由化學方程式可知，反應Ⅲ的化學平衡常數K=c4（SO2），溫度不變，平衡常數不變，則達到平衡時向容器中再充入少量SO2，重新平衡時，容器內二氧化硫的濃度和物質的量不變，氣體總壓強不變，故錯誤；

B. 達到平衡時向容器中再充入少量SO2，生成物濃度增大，平衡向逆反應方向移動，重新平衡時，CaO的量減少，故正確；

C. 由化學方程式可知，反應Ⅲ的化學平衡常數K=c4（SO2），溫度不變，平衡常數不變，則達到平衡時向容器中再充入少量SO2，重新平衡時，容器內二氧化硫的濃度和物質的量不變，故正確；

D. 達到平衡時向容器中再充入少量SO2，生成物濃度增大，平衡向逆反應方向移動，重新平衡時，CaSO4(s)的質量增大，CaS(s)的質量減小，故錯誤；

BC正確，故答案為：BC；

（4）在氫氣流量高于242 mL·min-1時，導致氫氣過量，反應生成的二氧化硫在過量氫氣的作用下重新生成硫化鈣和硫酸鈣，導致分解率和脫硫率均降低，故答案為：生成的SO2在過量H2的作用下又重新生成CaS或CaSO4；

（5）反應CaO(s)+SO2(g)+O2(g) CaSO4(s)的K'p===≈262，故答案為：262。