Question

11．用CaSO₄代替O₂與燃料CO反應，既可以提高燃燒效率，又能得到高純CO₂，是一種高效、清潔、經濟的新型燃燒技術，反應①為主反應，反應②和③為副反應．
①$\frac{1}{4}$CaSO₄（s）+CO（g）?$\frac{1}{4}$CaS（s）+CO₂（g）△H₁=-47.3kJ/mol
②CaSO₄（s）+CO（g）?CaO（s）+CO₂（g）+SO₂（g）△H₂=+210.5kJ/mol
③CO（g）?$\frac{1}{2}$C（s）+$\frac{1}{2}$CO₂（g）△H₃=-86.2kJ/mol
（1）反應2CaSO₄（s）+7CO（g）?（s）+CaO（s）+C（s）+6CO₂（g）+SO₂（g）的△H=4△H₁+△H₂+2△H₃（用△H₁△H₂△H₃表示）．
（2）反應①～③的平衡常數的對數lgK隨反應溫度T的變化曲線見圖18．結合各反應的△H，歸納lgK～T曲線變化規(guī)律：
a）放熱反應的lgK隨溫度升高而下降
b）放出或吸收熱量越大的反應，其lgK受溫度影響越大
（3）向盛有CaSO₄的真空恒容容器中充入CO，反應①于900°C達到平衡，c_平衡（CO）=8.0×10^-5mol•L^-1，計算CO的轉化率99%（忽略副反應，結果保留2位有效數字）．
（4）為減少副產物，獲得更純凈的CO₂，可在初始燃料中適量加入O₂．
（5）以反應①中生成的CaS為原料，在一定條件下經原子利用率100%的高溫反應，可再生成CaSO₄，該反應的化學方程式為CaS+2O_{2$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$} CaSO₄；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，產物的結構簡式為．

Answer 1

分析 （1）根據蓋斯定律及題干中熱化學方程式計算，①×4+②+③×2可得，得到反應2CaSO₄（s）+7CO（g）?CaS（s）+CaO（s）+6CO₂（g）+C（s）+SO₂（g）的△H；
（2）根據反應①-③的平衡常數的對數lgK隨反應溫度T的變化曲線進行判斷變化規(guī)律；
（3）根據圖象判斷900℃時反應①的lgK=2，則平衡常數為10²，設出反應前CO濃度為c，根據平衡常數表達式列式計算即可；
（4）根據氧氣能夠消耗副產物中生成的二氧化硫、碳進行分析；
（5）根據“CaS為原料，在一定條件下經原子利用率100%的高溫反應，可再生CaSO₄”可知另一種反應物為氧氣，據此寫出反應的化學方程式；在對二甲苯的苯環(huán)上添上應該羧基即可得到該有機物．

解答 解：（1）根據蓋斯定律，①×4+②+③×2可得：2CaSO₄（s）+7CO（g）?CaS（s）+CaO（s）+6CO₂（g）+C（s）+SO₂（g）的△H=4△H₁+△H₂+2△H₃，
故答案為：4△H₁+△H₂+2△H₃；
（2）根據圖象曲線變化可知，反應①、③為放熱反應，隨著溫度的升高，平衡常數K逐漸減小，則lgK逐漸減小，而反應②為吸熱反應，升高溫度，平衡常數K逐漸增大，則lgK逐漸增大，所以Ⅰ表示的為反應③、Ⅱ曲線表示的為反應②，變化規(guī)律為：當△H＞0時，lgK隨溫度升高而增大，當△H＜0時，lgK隨溫度升高而減小；根據反應①和曲線Ⅰ（反應③反應）的反應熱可知，當溫度同等變化時，△H的數值越大lgK的變化越大，
故答案為：（a）當△H＞0時，lgK隨溫度升高而增大，當△H＜0時，lgK隨溫度升高而減��；（b）當溫度同等變化時，△H的數值越大lgK的變化越大；
（3）向盛有CaSO₄的真空恒容密閉容器中充入CO，反應方程式為：$\frac{1}{4}$CaSO₄（s）+CO（g）?$\frac{1}{4}$CaS（s）+CO₂（g）△H₁=-47.3kJ•mol^-1，根據圖象曲線可知，反應①于900℃時lgK=2，平衡常數為10²=100，c_平衡（CO）=8.0×10^-5 mol•L^-1，設一氧化碳反應前濃度為c，則反應消耗的CO濃度=反應生成二氧化碳濃度=（c-8.0×10^-5）mol/L，平衡常數K=$\frac{[C{O}_{2}]}{[CO]}$=$\frac{c-8.0×1{0}^{-5}}{8×1{0}^{-5}}$=100，解得c=8.08×10^-3mol/L，一氧化碳的轉化率為：$\frac{8.0×1{0}^{-3}}{8.08×1{0}^{-3}}$×100%≈99%，
答：CO的轉化率為99%；
（4）氧氣能夠與二氧化硫、C發(fā)生反應，所以在初始原料中加入適量的氧氣，可以抑制副反應②③的進行，有利于獲得更純凈的CO₂，
故答案為：O₂；
（5）以反應①中生成的CaS為原料，在一定條件下經原子利用率100%的高溫反應，可再生CaSO₄，則另一種反應為為氧氣，該反應的化學方程式為 CaS+2O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaSO₄；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，相當于用羧基取代苯環(huán)上的氫原子，對二甲苯中苯環(huán)上4個H原子位置等價，則該產物的結構簡式為：，
故答案為：CaS+2O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaSO₄；．

點評 本題考查了化學平衡常數的計算、有機物結構與性質、熱化學方程式的書寫等知識，題目難度中等，試題題量較大，注意掌握化學平衡常數的概念及計算方法，明確熱化學方程式的書寫方法及蓋斯定律的含義及應用．