Question

6．一定條件下，通過下列反應可實現燃煤煙氣中硫的回收：SO₂（g）+2CO（g）$\stackrel{催化劑}{?}$2CO₂（g）+S（l）
為了測定在某種催化劑作用下的反應速率，在某溫度下用超靈敏氣體傳感器測得不同時間的SO₂和CO濃度如表：

時間（s）	0	1	2	3	4	5
c（SO2）（mol•L-1）	1.00	0.50	0.23	3.00×10-37	3.00×10-37	3.00×10-37
c（CO）（mol•L-1）	4.00	3.00	2.46	2.00	2.00	2.00

請回答下列問題（均不考慮溫度變化對催化劑催化效率的影響）：
（1）在上述條件下反應能夠自發(fā)進行，則反應的△H＜0（填寫“＞”、“＜”、“=”）．
（2）前2s內的平均反應速率v（CO₂）=0.77mol/（L•s）．
（3）在該溫度下，反應的平衡常數K=3.33×10³⁶．
（4）假設在密閉容器中發(fā)生上述反應，達到平衡時，下列措施既不會提高成本，又能提高SO₂轉化率的是BC．
A．選用更有效的催化劑               B．提高n（CO）：n（SO₂）投料比
C．降低反應體系的溫度               D．縮小容器的體積
（5）為了分別驗證不同催化劑、溫度、濃度對化學反應速率的影響規(guī)律，某同學設計了四組實驗使反應速率依次增大，部分實驗條件已經填在下面實驗設計表中．

實驗 編號	T（℃）	SO2初始濃度 （mol•L-1）	CO初始濃度 （mol•L-1）	催化劑
Ⅰ	260	1.00	3.00	Cr2O3
Ⅱ				Fe2O3
Ⅲ	380
Ⅳ			4.00

①請將上述表格中剩余的實驗條件數據填入答題卷相應位置．
②研究表明：Fe₂O₃的催化效果好于Cr₂O₃．請在答題卷相應位置畫出上表中的四個實驗條件下混合氣體中SO₂濃度隨時間變化的趨勢曲線圖，并標明各實驗編號．

Answer 1

分析 （1）正反應為熵減的反應，△G=△H-T△S＜0時反應自發(fā)進行；
（2）根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（CO），再根據速率之比等于化學計量數之比計算v（CO₂）；
（3）由表中數據可知，3s時處于平衡狀態(tài)，CO濃度變化量為2mol/L，則平衡時二氧化碳濃度為2mol/L，代入平衡常數表達式K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）}{c（S{O}_{2}）×{c}^{2}（CO）}$計算；
（4）A．選用更有效的催化劑不影響平衡移動；
B．提高n（CO）：n（SO₂）投料比可以提高SO₂轉化率，不會提高成本；
C．由（1）中可知，正反應為放熱反應，降低反應體系的溫度，平衡正向移動，不會提高成本；
D．縮小容器的體積，需要提供能量，會提高成本；
（5）①實驗目的是驗證不同催化劑、溫度、濃度對化學反應速率的影響規(guī)律，實驗I、Ⅱ中催化劑不同，實驗I、Ⅳ中CO初始濃度不同，實驗I、Ⅲ中溫度不同，其它條件均相同；
②實驗I、Ⅱ中Fe₂O₃的催化效果好于Cr₂O₃，到達平衡時間Ⅰ＞Ⅱ，不影響平衡移動，平衡時二氧化硫濃度相等；
實驗I、Ⅳ中實驗Ⅳ的CO初始濃度大，到達平衡時間Ⅰ＞Ⅳ，Ⅳ中二氧化硫的轉化率大，平衡時二氧化硫的濃度Ⅳ＜Ⅰ；
實驗I、Ⅲ中實Ⅲ的溫度大，到達平衡時間Ⅰ＞Ⅲ，正反應為放熱反應，平衡逆向移動，Ⅲ中二氧化硫的轉化率小，平衡時二氧化硫的濃度Ⅲ＞Ⅰ．

解答 解：（1）正反應為熵減的反應，△S＜0，反應自發(fā)進行，則△G=△H-T△S＜0，故△H＜0，
故答案為：＜；
（2）由表中的數據可知2s內CO濃度的變化量為（4-2.46）mol/L=1.54mol/L，則v（CO）=$\frac{1.54mol/L}{2S}$=0.77mol/（L•s），化學反應速率之比等于化學計量數之比，則v（CO₂）=v（CO）=0.77mol/（L•s），
故答案為：0.77mol/（L•s）；
（3）由表中數據可知，3s時處于平衡狀態(tài)，平衡時二氧化硫濃度為3.00×10^-37mol/L，CO濃度為2mol/L，CO濃度變化量為（4-2）mol/L=2mol/L，則平衡時二氧化碳濃度為2mol/L，則平衡常數K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）}{c（S{O}_{2}）×{c}^{2}（CO）}$=$\frac{{2}^{2}}{3×1{0}^{-37}×{2}^{2}}$=3.33×10³⁶，
故答案為：3.33×10³⁶；
（4）A．選用更有效的催化劑不影響平衡移動，不能提高SO₂轉化率，故A錯誤；
B．提高n（CO）：n（SO₂）投料比可以提高SO₂轉化率，不會提高成本，故B正確；
C．由（1）中可知，正反應為放熱反應，降低反應體系的溫度，平衡正向移動，提高SO₂轉化率，不會提高成本，故C正確；
D．縮小容器的體積，平衡正向移動，可以提高SO₂轉化率，但需要提供能量，會提高成本，故D錯誤，
故選：BC；
（5）①實驗目的是驗證不同催化劑、溫度、濃度對化學反應速率的影響規(guī)律，實驗I、Ⅱ中催化劑不同，實驗I、Ⅳ中CO初始濃度不同，實驗I、Ⅲ中溫度不同，其它條件均相同，則：

實驗 編號	T（℃）	SO2初始濃度 （mol•L-1）	CO初始濃度 （mol•L-1）	催化劑
Ⅰ	260	1.00	3.00	Cr2O3
Ⅱ	260	1.00	3.00	Fe2O3
Ⅲ	380	1.00	3.00	Cr2O3
Ⅳ	260	1.00	4.00	Cr2O3

故答案為：

實驗 編號	T（℃）	SO2初始濃度 （mol•L-1）	CO初始濃度 （mol•L-1）	催化劑
Ⅰ
Ⅱ	260	1.00	3.00
Ⅲ		1.00	3.00	Cr2O3
Ⅳ	260	1.00		Cr2O3

②實驗I、Ⅱ中Fe₂O₃的催化效果好于Cr₂O₃，到達平衡時間Ⅰ＞Ⅱ，不影響平衡移動，平衡時二氧化硫濃度相等；
實驗I、Ⅳ中實驗Ⅳ的CO初始濃度大，到達平衡時間Ⅰ＞Ⅳ，Ⅳ中二氧化硫的轉化率大，平衡時二氧化硫的濃度Ⅳ＜Ⅰ；
實驗I、Ⅲ中實Ⅲ的溫度大，到達平衡時間Ⅰ＞Ⅲ，正反應為放熱反應，平衡逆向移動，Ⅲ中二氧化硫的轉化率小，平衡時二氧化硫的濃度Ⅲ＞Ⅰ，
表中的四個實驗條件下混合氣體中SO₂濃度隨時間變化的趨勢曲線圖：，
故答案為：．

點評 本題考查化學平衡計算、化學平衡影響因素、探究化學反應速率影響因素等，（5）中注意利用控制變量法分析解答，作圖中注意到達平衡時間、平衡時二氧化硫的濃度，難度中等．