Question

用CaSO₄代替O₂與燃料CO反應，既可提高燃燒效率，又能得到高純CO₂，是一種高效、清潔、經(jīng)濟的新型燃燒技術。反應①為主反應，反應②和③為副反應。

①CaSO₄(s)＋CO(g)CaS(s)＋CO₂(g)　

ΔH₁＝－47.3 kJ·mol^－1

②CaSO₄(s)＋CO(g)CaO(s)＋CO₂(g)＋SO₂(g)　ΔH₂＝＋210.5 kJ·mol^－1

③CO(g)C(s)＋CO₂(g)　ΔH₃＝－86.2 kJ·mol^－1

(1)反應2CaSO₄(s)＋7CO(g)CaS(s)＋CaO(s)＋6CO₂(g) ＋C(s)＋SO₂(g)的ΔH＝________(用ΔH₁、ΔH₂和ΔH₃表示)。

(2)反應①～③的平衡常數(shù)的對數(shù)lg K隨反應溫度T的變化曲線如圖所示。結合各反應的ΔH，歸納lg K～T曲線變化規(guī)律：

a．________；      b．________。

(3)向盛有CaSO₄的真空恒容密閉容器中充入CO，反應①于900 ℃達到平衡，c_平衡(CO)＝8.0×10^－5mol·L^－1，計算CO的轉化率(忽略副反應，結果保留兩位有效數(shù)字)。

(4)為減少副產(chǎn)物，獲得更純凈的CO₂，可在初始燃料中適量加入________。

(5)以反應①中生成的CaS為原料，在一定條件下經(jīng)原子利用率100%的高溫反應，可再生CaSO₄，該反應的化學方程式為______________________________________，在一定條件下，CO₂可與對二甲苯反應，在其苯環(huán)上引入一個羧基，產(chǎn)物的結構簡式為________。

Answer 1

(1)4ΔH₁＋ΔH₂＋2ΔH₃

(2)a.放熱反應， lg K隨T增大而減��；吸熱反應， lg K隨T增大而增大　b．焓變越大，lgK隨T的變化程度越大

(3)99%　

(4)Ca(ClO)₂(或KClO₃、KMnO₄等氧化性物質)　

(5)CaS＋2O₂CaSO₄         

[解析] (1)將給定的三個熱化學方程式按照①×4＋②＋③×2相加可得目標方程式，故ΔH＝4ΔH₁＋ΔH₂＋2ΔH₃。

(2)反應①為放熱反應，由圖可看出，隨著溫度的升高，放熱反應的平衡常數(shù)的對數(shù)在減小，故曲線Ⅰ表示反應③，曲線Ⅱ表示反應②。

(3)設開始時c(CO)＝a，轉化的c(CO)＝x，則a－x＝8.0×10^－5 mol·L^－1。根據(jù)方程式可知，生成的c(CO₂)＝ x，平衡常數(shù)K＝＝＝ 。由圖示可知，在900 ℃時，lg K＝2，K＝100，則x＝8.0×10^－3 mol·L^－1，故CO的轉化率＝×100%≈99%。

(4)由于CO₂氣體中主要含有SO₂氣體，該氣體具有比較強的還原性，故可加入具有氧化性的物質來除去，該氧化性的物質有Ca(ClO)₂、KClO₃、KMnO₄等。(5)由于要求原子利用率為100%，故反應類型屬于化合反應，可將CaS在高溫下與O₂反應制取CaSO₄，反應的方程式為CaS＋2O₂CaSO₄；對二甲苯的結構簡式為

 

苯環(huán)上只有一類氫原子，故在苯環(huán)上引入1個羧基，產(chǎn)物僅有1種，

 

其結構為