对工业废气物进行脱硫(SO2)处理并加以利用,不仅可防止大气污染,还能实现一定经济效益。回答下列问题:
(1)热化学碘硫循环脱硫,涉及以下三个反应:
bunsen反应:SO2(g)+I2(g)+2H2O(l)═2HI (g)+H2SO4(l) △H
硫酸分解反应:2H2SO4(l)=2SO2(g)+O2(g)+2H2O(l) △H=+462kJ·mol-1
碘化氢分解反应:2HI(g)=H2(g)+I2(g)△H=+10kJ·mol-1
已知氢气的燃烧热为286kJ·mol-1,则bunsen反应的△H=_________kJ·mol-1。
(2)在活性炭催化下,SO2与Cl2发生反应:SO2(g)+Cl2(g)SO2Cl2(g)△H<0。在定温定压条件下,容器体积为10L的容器中加入等物质的量的SO2和Cl2,充分混合(二者物质的量均为nmol)后,达到平衡后容器体积为8L。
①SO2Cl2能与水发生非氧化还原反应,生成两种酸,则这两种酸的化学式为_________。
②下列事实中,不能作为判断硫元素和氯元素非金属性强弱的依据是_________(填字母)。
A.硫化氢的分解温度为300℃左右,氯化氢1500℃才分解
B.氢硫酸(H2S的水溶液)是一种弱酸,盐酸是强酸
C.将氯气通入氢硫酸中,溶液中产生黄色浑浊
D.高氯酸在无机含氧酸中酸性最强
③该温度下,SO2 的平衡转化率α1=_________,反应的平衡常数K=_________(列式并计算)。
④下列措施中不能进一步提高氯气的平衡转化率的是_________。
A.平衡后将容器的体积压缩为4L B.增大二氧化硫的浓度
C.升高温度 D.将SO2Cl2 (g)液化分离
⑤若向该容器中初始投入SO2和Cl2的物质的量均为0.5nmol,则达到平衡时SO2的平衡转化率:α2_________填“>”“<”或“=”)α1。
【答案】+45 H2SO4、HCl B 40% = = mol·L-1 C =
【解析】(1)由氢气的燃烧热286kJ·mol-1可得,①2H2(g)+O2(g)═2H2O(l) △H=﹣572kJ•mol﹣1;②2HI(g)=H2(g)+I2(g) △H=+10kJ·mol-1;③2H2SO4(l)=2SO2(g)+O2(g)+2H2O(l) △H=+462kJ·mol-1。由盖斯定律可知,(①+2×②+③)×可以得到热化学方程式2HI(g)+H2SO4(l)=SO2(g)+I2(g)+2H2O(l) △H=﹣45KJ/mol,则其逆反应(Bunsen反应)的热化学方程式为SO2(g)+I2(g)+2H2O(l)═2HI (g)+H2SO4(l) △H=+45KJ/mol。
(2)在活性炭催化下,SO2与Cl2发生反应:SO2(g)+Cl2(g)SO2Cl2(g) △H<0。在定温定压条件下,容器体积为10L的容器中加入等物质的量的SO2和Cl2,充分混合(二者物质的量均为nmol)后,达到平衡后容器体积为8L。
①SO2Cl2能与水发生水解反应,生成两种酸,这两种酸为H2SO4、HCl。
②下列事实中,A.硫化氢的分解温度为300℃左右,氯化氢1500℃才分解,所以氯化氢比硫化氢稳定,所以可证明氯的非金属性比硫强;B.由于氢硫酸和盐酸都不是最高价氧化物对应的水化物,所以无法根据它们的酸性判断硫和氯的非金属性强弱;C.将氯气通入氢硫酸中,溶液中产生黄色浑浊,说明氯气可以把氢硫酸中的硫置换出来,可以证明氯的非金属性比硫强;D.高氯酸在无机含氧酸中酸性最强,强于硫酸,可证明氯的非金属性比硫强。综上所述,不能作为判断硫元素和氯元素非金属性强弱的依据是B。
③在定温定压条件下,气体的体积之比等于其物质的量之比。所以,,解之得,SO2 的平衡转化率α1=40%,反应的平衡常数K== = mol·L-1。
④下列措施中,A.平衡后将容器的体积压缩为4L,平衡向正反应方向移动,可以进一步提高氯气的平衡转化率;B.增大二氧化硫的浓度,平衡向正反应方向移动,可以进一步提高氯气的平衡转化率; C.由于该反应为放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,氯气的平衡转化率减小; D.将SO2Cl2 (g)液化分离,可以减小生成物的浓度,平衡向正反应方向移动,可以进一步提高氯气的平衡转化率。综上所述,不能进一步提高氯气的平衡转化率的是C。
⑤若向该容器中初始投入SO2和Cl2的物质的量均为0.5nmol,在同温同压下,投料的比例与平衡相同,所以,达到平衡时SO2的平衡转化率不变,即α2=α1。