Question

【题目】二氧化硫是危害最为严重的大气污染物之一，它主要来自化石燃料的燃烧，研究CO催化还原SO2的适宜条件，在燃煤电厂的烟气脱硫中具有重要价值。

Ⅰ.从热力学角度研究反应

（1）C(s)+O2(g)= CO2(g) ΔH1=-393.5 kJ·mol-1

CO2(g)+C(s)=2CO(g) ΔH2=+172.5kJ·mol-1

S(s) +O2(g)= SO2(g) ΔH3=-296.0kJ·mol-1

请写出CO 还原SO2的热化学方程式___________________________________。

（2）对于CO还原SO2的可逆反应，下列说法正确的是_____________。

A.在恒温恒容条件下，若反应体系压强不变，则反应已达到平衡状态

B.平衡状态时，2v正(CO)=v逆(SO2)

C.其他条件不变，增加SO2的浓度，CO的平衡转化率增大

D.在恒温恒压的容器中，向达到平衡状态的体系中充入N2，SO2的平衡转化率不变

Ⅱ.探究合适的反应条件

向反应器中通入含3%SO2、6%CO和91%N2的烟气，用碘量法测定反应前后烟气中SO2的含量，反应温度区间均为300℃~500℃。

（1）催化剂和温度对反应的影响

烟气流量为0.03 L/min，分别在3种不同催化剂条件下进行实验，实验结果如下图所示。

根据上图示结果，烟气除硫时选用最合适催化剂是_____________，反应温度是_______________。

（2）烟气流速对反应的影响

选用同样的催化剂，分别在三种烟气流量情况下进行实验，实验结果的数据见下表。

温度（℃）		300	400	500
SO2转化率	流量0.03 L/min	25.00%	71.40%	65.00%
	流量 0.06 L/min	20%	74.20%	62.60%
	流量0.09 L/min	18%	76.30%	60%

分析上表数据，①在300℃时，SO2的转化率随烟气流量变化的关系是______________，其原因可能是____________；②在400℃时，SO2的转化率随烟气流量增大而增大的原因是___________________。

Ⅲ.工业上还用Na2SO3溶液吸收SO2，将烟气通入1.0 mol·L-1的Na2SO3溶液，当溶液pH约为6 时，吸收SO2的能力显著下降，此时溶液中c(HSO3-)∶(SO32-)=____________。（已知H2SO3的K1=1.5×10-2、K2=1.0×10-7）

Answer 1

【答案】 2CO(g)+SO2(g)==2CO2(g)+S(s) ΔH=-270.0kJ·mol-1 AC 3#催化剂 400℃ 烟气流量越大，SO2的转化率越小 300℃时，催化剂活性不好，反应速率慢，烟气流速越小，气体和催化剂接触时间越长，SO2转化率越高 400℃时，催化剂活性好，反应速率快，烟气流速越大，反应物浓度越大，反应正向进行越彻底，SO2 转化率越高 10

【解析】I. (1). 已知 ① C(s)+O2(g)= CO2(g) ΔH1=-393.5 kJ·mol-1、② CO2(g)+C(s)=2CO(g) ΔH2=+172.5kJ·mol-1、③ S(s) +O2(g)= SO2(g) ΔH3=-296.0kJ·mol-1，根据盖斯定律，①－②－③得：2CO(g)+SO2(g)=2CO2(g)+S(s) ΔH=-270.0kJ·mol-1，故答案为：2CO(g)+SO2(g)=2CO2(g)+S(s) ΔH=-270.0kJ·mol-1；

(2). A. 2CO(g)+SO2(g)=2CO2(g)+S(s)是反应前后气体体积不相等的可逆反应，在恒温恒容条件下，若反应体系压强不变，说明反应达到平衡状态，故A正确；B. 达到平衡状态时，v正(CO)=2v逆(SO2)，故B错误；C. 增大SO2的浓度，平衡正向移动，CO的转化率增大，故C正确；D. 在恒温恒压的容器中，向达到平衡状态的体系中充入N2，容器的体积增大，相当于减小压强，平衡逆向移动，SO2的平衡转化率减小，故D错误；答案选：AC；

II. (1). 据图可知，使用3#催化剂、在400℃时，SO2的转化率最大，故答案为：3#催化剂；400℃；

(2). ①.由表中数据可知，在300℃时，烟气的流量越大，SO2的转化率越小，结合图象可知，在300℃时，催化剂的催化活性较低，所以在此温度下反应速率慢，烟气的流速越小，气体和催化剂接触的时间越长，SO2的转化率越高，故答案为：烟气流量越大，SO2的转化率越小；300℃时，催化剂活性不好，反应速率慢，烟气流速越小，气体和催化剂接触时间越长，SO2转化率越高；

②. 据图可知，在400℃时，催化剂活性最好，此温度下反应速率最快，烟气流速越大，反应物浓度越大，反应正向进行越彻底，SO2的转化率越高，故答案为：400℃时，催化剂活性好，反应速率快，烟气流速越大，反应物浓度越大，反应正向进行越彻底，SO2 转化率越高；

III. 溶液pH=6，c(H+)=10-6mol/L，H2SO3的二级电离常数K2==1.0×10-7，===10，故答案为：10。