Question

6．化学链燃烧是一种新型燃烧技术，该技术是由载氧体、燃料反应器和空气反应器组成．现用载氧体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，其原理示意图（图1）如下：

燃料反应器中涉及反应如下（反应①为主反应，反应②和③为副反应）：
①$\frac{1}{4}$CaSO₄（s）+CO（g）═$\frac{1}{4}$CaS（s）+CO₂（g）△H₁=-47.3kJ?mol^-1
②CaSO₄（s）+CO（g）═CaO（s）+CO₂（g）+SO₂（g）△H₂=+210.5kJ?mol^-1
③2CO（g）═C（s）+CO₂（g）△H₃=-172.4kJ?mol^-1
空气反应器中涉及反应④：CaS（s）+2O₂（g）?CaSO₄（s）△H₄
请回答下列问题：
（1）反应②在高温下能自发进行的理由是反应②的△S＞0，△H＞0，而△G=△H-T△S＜0反应自发进行，故高温下能自发进行．
（2）已知CO的标准燃烧热为-285.8kJ?mol^-1，则△H₄=-954kJ?mol^-1．
（3）图2为燃料反应器中涉及反应的平衡常数的对数lgK随反应温度T的变化曲线；图3为不同温度下CO初始体积百分数与平衡时固体产物中CaS质量百分数的关系曲线

①降低燃料反应器中SO₂生成量的措施有B；
A．CaSO₄投入燃料反应器前加以粉碎      B．在合适的温度区间内控制较低的反应温度
C．提高CO的初始体积百分数            D．提高反应体系的温度
②当lgK＜0时，说明相应温度下某反应的程度小，此温度下可以忽略该反应．则燃料反应器中宜控制的温度范围是650℃～900℃；
③向盛有CaSO₄的真空恒容密闭容器中充入CO，反应 ①、②于900℃达到平衡，则SO₂的平衡浓度为0.01mol•L^-1．
（4）如果用甲烷燃料替代CO，则燃料反应器中主反应的化学方程式为CaSO₄（s）+CH₄（g）═2CaS（s）+CO₂（g）+2H₂O（g）．

Answer 1

分析 （1）△G=△H-T△S＜0反应自发进行；
（2）已知CO的标准燃烧热为-285.8kJ?mol^-1，可得热化学方程式：⑤2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₅=-571.6kJ?mol^-1，
根据盖斯定律，⑤×2-①×4可得：CaS（s）+2O₂（g）?CaSO₄（s），故△H₄=2△H₅-4△H₁；
（3）①A．CaSO₄投入燃料反应器前加以粉碎，可以增大反应速率，不影响平衡移动；
 B．降低温度，有利于反应②逆向进行；
C．提高CO的初始体积百分数，也有利于反应②正向移动；
D．反应②为吸热反应，提高反应体系的温度，有利于反应②正向移动；
②由图可知，对于反应②在温度小于900℃时lgK＜0，而对于反应③在温度大于650℃时lgK＜0，该温度范围之间反应①进行程度比较大；
③900℃时，反应①的平衡常数K=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$=100、而反应反应②的平衡常数K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（S{O}_{2}）}{c（CO）}$=1，联立计算二氧化硫的浓度；
（4）如果用甲烷燃料替代CO，则燃料反应器中主反应是硫酸钙与甲烷反应生成硫化钙、二氧化碳与水．

解答 解：（1）反应②的△S＞0，△H＞0，而△G=△H-T△S＜0反应自发进行，故高温下能自发进行，
故答案为：反应②的△S＞0，△H＞0，而△G=△H-T△S＜0反应自发进行，故高温下能自发进行，
（2）已知CO的标准燃烧热为-285.8kJ?mol^-1，可得热化学方程式：⑤2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₅=-571.6kJ?mol^-1，
根据盖斯定律，⑤×2-①×4可得：CaS（s）+2O₂（g）?CaSO₄（s），故△H₄=2△H₅-4△H₁=2×（-571.6kJ?mol^-1）-4×（-47.3kJ?mol^-1）=-954kJ?mol^-1，
故答案为：-954；
（3）①A．CaSO₄投入燃料反应器前加以粉碎，可以增大反应速率，不影响平衡移动，不能降低SO₂生成量，故A错误；
B．降低温度，有利于反应②逆向进行，可以降低SO₂生成量，故B正确；
C．提高CO的初始体积百分数，也有利于反应②正向移动，会增大SO₂生成量，故C错误；
D．反应②为吸热反应，提高反应体系的温度，有利于反应②正向移动，会增大SO₂生成量，故D错误，
故选：B；
②由图可知，对于反应②在温度小于900℃时lgK＜0，而对于反应③在温度大于650℃时lgK＜0，该温度范围之间反应①进行程度比较大，
故答案为：650℃～900℃；
③900℃时，反应①的平衡常数K=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$=100、而反应反应②的平衡常数K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（S{O}_{2}）}{c（CO）}$=1，联立可得SO₂的平衡浓度为$\frac{1}{100}$mol/L=0.01mol/L，
故答案为：0.01；
（4）如果用甲烷燃料替代CO，则燃料反应器中主反应是硫酸钙与甲烷反应生成硫化钙、二氧化碳与水，反应化学方程式为：CaSO₄（s）+CH₄（g）═2CaS（s）+CO₂（g）+2H₂O（g），
故答案为：CaSO₄（s）+CH₄（g）═2CaS（s）+CO₂（g）+2H₂O（g）．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、反应热计算、图象分析等，侧重考查学生分析能力、获取信息能力，难度中等．