Question

二氧化硫是大气污染物，利用SO₂→CaSO₄→CaS转化可实现变废为宝。

回答下列问题：

(1)已知：Ⅰ．C(s)+CO₂(g)=2CO(g) △H₁=+172kJ·mol^-1;

Ⅱ．CaSO₄(s)+2C(s)=2CO₂(g)+CaS(s) △H₂=+226kJ·mol^-1。

若某反应的平衡常数表达式为K=c⁴(CO),请结合反应Ⅰ、Ⅱ写出此反应的热化学方程式：_____________。

(2)向体积为2L的恒容密闭容器中充入1molSO₂、4molCO和催化剂,发生反应

SO₂(g)+2CO(g)2CO₂(g)+S(g) △H,测得温度对SO₂的转化率及催化剂效率的影响如图1所示：

①该反应的△H__________0(填“>”或“<”, 下同 );图 中M、N两点的平衡常数：K_M_____K_N。

②M点时的化学平衡常数K=____________。

(3)向浓度均为0.01mol·L^-1的Na₂SO₄和Na₂CO₃混合溶液中滴加氯化钙溶液，测得分散系中两种酸根离子的浓度随c(Ca²⁺ )的变化如图2所示[已知：K_sp(CaCO₃)=3×10^-9]：

①图中 a=_____________。

②该温度下,K_sp(CaSO₄)=________________。

(4)某研究小组设计图3所示装置将副产品CO转化为CH₄和Q。该电解总反应的离子方程式为_____________________________。

(5)标准状况下,向1L含NaOH、Ca(OH)₂各0.1mol的溶液中不断通入SO₂至过量,请画出生成沉淀的物质的量(mol)与通入SO₂体积(L)的关系图。______

Answer

CaSO4(s)+4C(s)=4CO(g)+CaS(s) △H=+570kJ·mol-1 < > 0.11(或 ) 1×10-4 9×10-6 4CO+3CO32-+5H2O6HCO3-+CH4

【解析】(1) 根据反应的平衡常数表达式为K=c4(CO)可知只有生成物一氧化碳为气体且计量数为4，已知：Ⅰ．C(s)+CO2(g)=2CO(g) △H1=+172kJ·mol-1；Ⅱ．CaSO4(s)+2C(s)=2CO2(g)+CaS(s) △H2=+226kJ·mol-1；根据盖斯定律，由Ⅱ+Ⅰ得反应CaSO4(s)+4C(s)=4CO(g)+CaS(s) △H=+226kJ·mol-1-（+172kJ·mol-1）=+570kJ·mol-1；(2)①根据图1可知，升高温度二氧化硫的转化率降低，则升高温度平衡逆向移动，逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，△H<0；该反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小，故图中M、N两点的平衡常数：KM>KN；②M点时二氧化硫的平衡转化率为50%，则：SO2(g)+2CO(g)2CO2(g)+S(g)

开始时的浓度（mol/L） 0.5 2 0 0

改变的浓度（mol/L） 0.25 0.5 0.5 0.25

平衡时的浓度（mol/L） 0.25 1.5 0.5 0.25

化学平衡常数K=；(3) ①Ksp(CaCO3)= c(Ca2+) c(CO32-)= a =3×10-9，解得a=1×10-4mol/L；②该温度下,Ksp(CaSO4)= c(Ca2+) c(SO42-)= 1×10-4mol/L=9×10-6；(4)某研究小组设计图3所示装置将副产品CO转化为CH4和Q，根据CO中碳的化合价为+2，甲烷中碳的化合价为-4,化合价降低，则另外碳的化合价应升高，生成+4价的另一个碳的化合物为碳酸氢根离子，故该电解总反应的离子方程式为4CO+3CO32-+5H2O6HCO3-+CH4；(5)标准状况下,向1L含NaOH、Ca(OH)2各0.1mol的溶液中不断通入SO2至过量,开始时二氧化碳与氢氧化钙反应产生碳酸钙沉淀，沉淀的量增大，当氢氧化钙反应完后，二氧化碳与氢氧化钠反应生成碳酸钠此时沉淀的量不变，当碳酸钠反应完后，二氧化碳和水继续与碳酸钙反应，沉淀溶解，直到完全溶解，故生成沉淀的物质的量(mol)与通入SO2体积(L)的关系图如下：。