Question

【題目】磷石膏是濕法生產(chǎn)磷酸的固體廢棄物，用磷石膏生產(chǎn)硫酸或硫，既可減少對(duì)環(huán)境的污染又可使資源循環(huán)利用。回答下列問題:

（1）用焦炭、硫磺等均可還原磷石膏。已知下列反應(yīng)：

I .CaSO4(s)+2C(s)=CaS(s) +2CO2(g) H1=+226kJ·mol—1

II.3CaSO4 (s)+CaS(s)=4CaO(s) +4SO2(g) H2=akJ·mol—1

III. 3CaS(s)+CaSO4 (s) =4CaO(s) +4S(s) H3=bkJ·mol—1

①反應(yīng)（I）能在______(填“低溫”“高溫”或“任何溫度”)下自發(fā)進(jìn)行。

②用硫磺還原CaSO，反應(yīng)為2CaSO4(s)+S(s)=2CaO(s)+3SO2 (g)，其△H=___ kJ·mol—1(用含a、b的代數(shù)式表示)。

（2）磷石膏轉(zhuǎn)氨法制硫酸的主要反應(yīng)為CaSO4(s)+(NH4)2CO3CaCO3(s)+(NH4)2SO4，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=________[已知:Ksp (CaCO3)=2. 5×10—9，Ksp(CaSO4)=3. 2×10—7]，為了提高CaSO4的平衡轉(zhuǎn)化率，可采取的措施是_______________________________。(寫一條)。

（3）一氧化碳還原CaSO4可發(fā)生下列反應(yīng)，其lgKp與溫度(T)的關(guān)系如圖所示(Kp為以分壓表示的平衡常數(shù))。

I .SO2(g)+3CO(g) 2CO2(g)+COS(g)

II .CaSO4(s)+CO(g) CaO(s)+CO2 (g)+SO2(g)

①△H>0的反應(yīng)是_______(填“I”或“II”)。

②在交點(diǎn)A處，氣體分壓間滿足的關(guān)系是:p (COS) =_____

③在恒溫恒容密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)(I)，能說明已達(dá)到平衡狀態(tài)的是___________(填字母)。

a. 2v(CO) 正=3v(CO2)正

b.氣體的密度不再隨時(shí)間變化

c.氣體的壓強(qiáng)不再隨時(shí)間變化

d. 的值不再隨時(shí)間而變化

④若在1.0 L的恒容密閉容器中加入1mol CaSO4，并充入1molCO，只發(fā)生反應(yīng)II。在B點(diǎn)時(shí)氣體總壓強(qiáng)為1 MPa，則此時(shí)CaSO4轉(zhuǎn)化率為________(已知1.41).

Answer 1

【答案】高溫 128 增大CO32-的濃度 Ⅱ cd 70.9%

【解析】

（1）①根據(jù)G=H-TS分析；

②用蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)2CaSO4(s)+S(s)=2CaO(s)+3SO2 (g)的△H。

（2）用離子方程式計(jì)算反應(yīng)的平衡常數(shù)K；為了提高CaSO4的平衡轉(zhuǎn)化率，使平衡向右移動(dòng)，根據(jù)影響平衡的因素分析。

（3）①根據(jù)溫度對(duì)平衡常數(shù)的影響分析。

②在交點(diǎn)A處，反應(yīng)Ⅰ和反應(yīng)Ⅱ的Kp相等。

③平衡時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各組分的物質(zhì)的量、濃度等不隨時(shí)間而變化，據(jù)此分析。

④列三段式計(jì)算CaSO4的轉(zhuǎn)化率。

（1）①G=H-TS＜0的反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。根據(jù)反應(yīng)（I）的化學(xué)方程式可知，該反應(yīng)的S＞0，已知該反應(yīng)的H1=+226kJ·mol—1＞0，要使G＜0，需要比較高的溫度，故答案為：高溫。

②根據(jù)蓋斯定律，把（反應(yīng)Ⅱ×3-反應(yīng)Ⅲ）÷4，即得反應(yīng)2CaSO4(s)+S(s)=2CaO(s)+3SO2 (g)，其△H= kJ·mol—1。

（2）磷石膏轉(zhuǎn)氨法制硫酸的主要反應(yīng)為CaSO4(s)+(NH4)2CO3CaCO3(s)+(NH4)2SO4，改寫成離子方程式為：CaSO4(s)+ CO32-CaCO3(s)+ SO42-，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=====128；為了提高CaSO4的平衡轉(zhuǎn)化率，需使平衡正向移動(dòng)，可增大CO32-濃度或降低SO42-濃度。

（3）①由圖像可知，溫度升高，反應(yīng)I的平衡常數(shù)降低，說明I正反應(yīng)是放熱的，反應(yīng)II的平衡常數(shù)升高，說明反應(yīng)II的正反應(yīng)是吸熱的，故△H>0的反應(yīng)是II。

②在交點(diǎn)A處，反應(yīng)Ⅰ和反應(yīng)Ⅱ的Kp相等，即，所以p (COS) =。

③a. 都是正反應(yīng)速率，無法判斷正逆反應(yīng)速率是否相等，錯(cuò)誤；

b.反應(yīng)物和生成物都是氣體，混合氣總質(zhì)量是不變的，容器容積固定，所以氣體密度一直不變，故氣體的密度不再隨時(shí)間變化不能說明反應(yīng)達(dá)到了平衡狀態(tài)，錯(cuò)誤；

c.該反應(yīng)前后氣體系數(shù)和不等，所以壓強(qiáng)一直在變小，平衡時(shí)才不再隨時(shí)間變化，正確；

d. 隨著反應(yīng)的進(jìn)行，生成物濃度在增大，反應(yīng)物濃度在降低，所以的值一直在增大，當(dāng)平衡時(shí)，此比值不再隨時(shí)間而變化，故不再變化時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，正確；

故選cd。

④若在1.0 L的恒容密閉容器中加入1mol CaSO4，并充入1molCO，發(fā)生反應(yīng)II。在B點(diǎn)時(shí)氣體總壓強(qiáng)為1 MPa，lgKp=0，即=1。設(shè)轉(zhuǎn)化的CaSO4的物質(zhì)的量為x，列三段式：

p(CO)=，p(CO2)=p(SO2)=，Kp===1，解得x=0.709，則此時(shí)CaSO4轉(zhuǎn)化率為×100%=70.9%。