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H2O。

己知CH4和S的燃烧热(△H)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)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________(写化学式)， 0～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)，恒容容器中，1 mol/LSO2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△H _________________________ 0 (填“>”或“<”)

②计算700℃该反应的平衡常数为____________________ 。

Answer 1

【答案】CH4(g)+2SO2(g)=CO2(g)+2S(s)+2H2O(l) △H=-295.9kJ/mol H2S 300℃ 2×10-3/t1mol/(Lmin) 2H2+SO2S+2H2O < 36.45mol/L

【解析】

（1）CH4的燃烧的热化学反应方程式为CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l) △H=－890.3kJ·mol－1 ①，S燃烧的热化学反应方程式为S(s)＋O2(g)=SO2(g) △H=－297.2kJ·mol－1 ②，CH4和SO2反应的方程式为CH4＋2SO2=2S＋CO2＋2H2O，

因此有①－2×②得出CH4(g)＋SO2(g)=2S(s)＋CO2(g)＋2H2O(l) △H=(－890.3＋2×297.2)kJ·mol－1=－295.9kJ·mol－1；

（2）①H2还原SO2发生反应：2H2＋SO2=S＋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，温度应为300℃；根据化学反应速率的表达式，v(SO2)=(3－1)/t1mol/(L·min)；

②根据上述分析，总反应的化学方程式为2H2+SO2S+2H2O；

（3）①根据图像，700℃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△H<0；

②2C(s)+2SO2(g)S2(g)+2CO2(g)

起始： 1 0 0

变化： 0.9 0.45 0.9

平衡： 0.1 0.45 0.9 化学平衡常数的表达式为K=[c(S2)×c2(CO2)]/c2(SO2)，代入数值，得出K=36.45。