Question

4．硫单质及其化合物在工农业生产中有着重要的应用．请回答下列问题：
（1）一种煤炭脱硫技术可以把硫元素以CaSO₄的形成固定下来，但产生的CO又会与CaSO₄发生化学反应，相关的热化学方程式如下：
①CaSO₄（s）+CO（g）?CaO（s）+SO₂（g）+CO₂（g）△H=+210.5kJ•mol^-1
②$\frac{1}{4}$CaSO₄（s）+CO（g）?$\frac{1}{4}$CaS（s）+CO₂（g）△H=-47.3kJ•mol^-1
反应CaO（s）+3CO（g）+SO₂（g）?CaS（s）+3CO₂（g）△H=-399.7kJ•mol^-1；
平衡常数K的表达式为$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）c（S{O}_{2}）}$．
（2）图1为在密闭容器中H₂S气体分解生成H₂和S₂（g）的平衡转化率与温度、压强的关系．

图1中压强p₁、p₂、p₃的大小顺序为P₁＜P₂＜P₃，理由是反应前后气体体积增大，增大压强平衡逆向进行；该反应平衡常数的大小关系为K（T₁）＜K（T₂） （填“＞”、“＜”或“=”），理由是反应是吸热反应，升温平衡正向进行，平衡常数增大．
（3）在一定条件下，二氧化硫和氧气发生如下反应：
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H＜0
①600℃时，在一密闭容器中，将二氧化硫和氧气混合，反应过程中SO₂、O₂、SO₃物质的量变化如图2，反应处于平衡状态的时间段是15-20min和25-30min．
②据图2判断，反应进行至20min时，曲线发生变化的原因是增大氧气的浓度（用文字表达）；10min到15min的曲线变化的原因可能是ab（填写编号）．
A．加了催化剂                      B．缩小容器体积
C．降低温度                        D．增加SO₃的物质的量
（4）烟气中的SO₂可用某浓度NaOH溶液吸收得到Na₂SO₃和NaHSO₃混合溶液，且所得溶液呈中性，该溶液中c（Na⁺）=2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）（用含硫微粒浓度的代数式表示）．

Answer 1

分析 （1）利用盖斯定律将②×4-①可得CaO（s）+3CO（g）+SO₂（g）?CaS（s）+3CO₂（g）反应热；平衡常数等于生成物平衡浓度幂次方乘积除以反应物平衡浓度幂次方乘积；
（2）H₂S气体分解生产H₂和S₂（g）的反应为2H₂S$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2H₂+S₂，反应前后气体体积增大，同温度下，压强越大，平衡逆向进行，H₂S转化率减小，温度升高，H₂S的转化率增大，说明正反应为吸热反应，升温平衡正向进行，平衡常数增大；
（3）①反应混合物各物质的物质的量不变化，说明反应处于平衡状态；
②由图可知，反应进行至20min时，改变体积，平衡向正反应移动，瞬间只有氧气的浓度增大；由图可知，反应向正反应进行，10min到15min反应混合物单位时间内的变化量增大，说明反应速率增大，10min改变瞬间，各物质的物质的量不变；
（4）依据溶液中存在的电荷守恒分析；

解答 解：（1）①CaSO₄（s）+CO（g）?CaO（s）+SO₂（g）+CO₂（g）△H=+210.5kJ•mol^-1
②$\frac{1}{4}$CaSO₄（s）+CO（g）?$\frac{1}{4}$CaS（s）+CO₂（g）△H=-47.3kJ•mol^-1
利用盖斯定律将②×4-①可得CaO（s）+3CO（g）+SO₂（g）?CaS（s）+3CO₂（g）△H=4×（-47.3kJ•mol^-1）-（210.5kJ•mol^-1）=-399.7kJ•mol^-1，平衡常数表达式K=$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）c（S{O}_{2}）}$，
故答案为：-399.7；$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）c（S{O}_{2}）}$；
（2）H₂S气体分解生产H₂和S₂（g）的反应为2H₂S$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2H₂+S₂，反应前后气体体积增大，同温度下，压强越大，平衡逆向进行，H₂S转化率减小，则P₁＜P₂＜P₃，温度升高，H₂S的转化率增大，说明正反应为吸热反应，升温平衡正向进行，平衡常数增大，K（T₁）＜K（T₂），
故答案为：P₁＜P₂＜P₃；反应前后气体体积增大，增大压强平衡逆向进行；＜；反应是吸热反应，升温平衡正向进行，平衡常数增大；
（3）①反应混合物各物质的物质的量不变化，说明反应处于平衡状态，由图可知在15-20min和25-30min出现平台，各组分的物质的量不变，反应处于平衡状态，
故答案为：15-20min和25-30min；
②由图可知，反应进行至20min时，平衡向正反应移动，瞬间只有氧气的浓度增大，应是增大了氧气的浓度．由图可知，反应向正反应进行，10min到15min反应混合物单位时间内的变化量增大，说明反应速率增大，10min改变瞬间，各物质的物质的量不变．
a．加了催化剂，增大反应速率，故a正确；
b．缩小容器体积，增大压强，增大反应速率，故b正确；
c．降低温度反应速率降低，故c错误；
d．10min改变瞬间，各物质的物质的量不变，不是增加SO₂的物质的量，故d错误；
故答案为：增大氧气的浓度；ab；
（4）烟气中的SO₂可用某浓度NaOH溶液吸收得到Na₂SO₃和NaHSO₃混合溶液，且所得溶液呈中性，依据溶液中电荷守恒分析，c（Na⁺）+c（H⁺）=2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（OH^-），c（H⁺）=c（OH^-），得到（Na⁺）=2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-），
故答案为：2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）．

点评 本题考查了热化学方程式书写方法，化学平衡建立，平衡状态影响因素分析，化学反应速率、平衡常数计算应用，电解质溶液电荷守恒，掌握基础是关键，题目难度中等．