Question

20．硫化鈉又稱硫化堿，易潮解、能與空氣中CO₂及O₂作用而變質，可用于脫硫、染料工業(yè)制取硫化青和硫化藍的原料等．回答下列問題：
（1）硫化鈉的電子式為．
（2）已知25℃時，H₂S的電離常數Ka₁=1.3×10^-7、Ka₂=7.1×10^-15．
①0.01mol/L Na₂S溶液中，離子濃度從大到小的順序為c（Na⁺）＞c（S^2-）＞c（OH^-）＞c（HS^-）＞c（H⁺）．
②該溫度下，S^2-+H₂O?HS^-+OH^-的電離常數K=1.41．
（3）硫化鈉可高效脫除SO₂，流程如圖1所示：

①吸收塔中發(fā)生反應的化學方程式為2SO₂+Na₂S=Na₂SO₄+2S．
②已知下列熱化學方程式：
（I）Na₂SO₄（s）+2C（s）═Na₂S（s）+2CO₂（g）△H₁=-225.2kJ•mol^-1
（Ⅱ）CO₂（g）+C（s）═2CO（g）△H₂=172.4kJ•mol^-1
寫出再生塔中固體硫酸鈉生成固體硫化鈉的熱化學方程式為Na₂SO₄（s）+4CO（g）=Na₂S（s）+4CO₂（g）△H=-119.6kJ•mol^-1．
（4）在VL恒容反應器中加入a mol Na₂SO₄并通入4a molH₂，一定條件下發(fā)生反應：Na₂SO₄（s）+4H₂（g）?Na₂S（s）+4H₂O（g），硫酸鈉的轉化率（x）隨溫度的變化如圖2所示：
①該反應的△H＞0（填”＞”或“＜”）．
②在t h時，測測得殘留固體的質量為bg，則0-t h中內，H₂O的平均速率$\frac{142a-b}{16Vt}$mol/（L•h）（用含a、b、t、V、的代數式表示），到t h 時，Na₂SO₄的轉化率為$\frac{（142a-b）}{64a}$×100%（用含a、b的代數式表示）．

Answer 1

分析 （1）硫化鈉是離子化合物，電子式中含有兩個鈉離子一個硫離子；
（2）①0.01mol/L Na₂S溶液中硫離子分步水解，S^2-+H₂O?HS^-+H₂O，HS^-+H₂O?H₂S+OH^-，溶液顯堿性；
②該溫度下，S^2-+H₂O?HS^-+OH^-的電離常數K=$\frac{c（O{H}^{-}）（H{S}^{-}）}{c（{S}^{2-}）}$=$\frac{c（O{H}^{-}）（H{S}^{-}）}{c（{S}^{2-}）}$×$\frac{c（{H}^{+}）}{c（{H}^{+}）}$=$\frac{Kw}{K{a}_{2}}$；
（3）含二氧化硫的煙氣進入吸收塔加入硫酸鈉溶液得到硫單質和硫酸鈉溶液，進入再生塔后通入一氧化碳反應生成二氧化碳和硫化鈉，硫化鈉轉化為硫酸鈉循環(huán)使用，
①吸收塔中發(fā)生反應是二氧化硫和硫化鈉反應生成單質硫；
②（I）Na₂SO₄（s）+2C（s）═Na₂S（s）+2CO₂（g）△H₁=-225.2kJ•mol^-1
（Ⅱ）CO₂（g）+C（s）═2CO（g）△H₂=172.4kJ•mol^-1
蓋斯定律計算寫出再生塔中固體硫酸鈉生成固體硫化鈉的熱化學方程式；
（4）①圖象中反應物轉化率隨溫度升高增大，升溫平衡向吸熱反應方向進行；
②在VL恒容反應器中加入a mol Na₂SO₄并通入4a molH₂，一定條件下發(fā)生反應：Na₂SO₄（s）+4H₂（g）?Na₂S（s）+4H₂O（g），在t h時，測得殘留固體的質量為bg，結合足量差列式計算，
                          Na₂SO₄（s）+4H₂（g）?Na₂S（s）+4H₂O（g），固體質量減小                        
                              1                   4                           1                            4                       64g
            $\frac{（142a-b）g×1mol}{64g}$    4×$\frac{（142a-b）g×1mol}{64g}$                    $\frac{（142a-b）g×1mol}{64g}$          4×$\frac{（142a-b）g×1mol}{64g}$      142ag-bg
反應速率v=$\frac{△c}{△t}$；
轉化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%．

解答 解：（1）硫化鈉的化學式中含有兩個鈉離子，硫化鈉正確的電子式為：，
故答案為：；

（2）①0.01mol/L Na₂S溶液中硫離子分步水解，S^2-+H₂O?HS^-+H₂O，HS^-+H₂O?H₂S+OH^-，溶液中離子濃度大小為：c（Na⁺）＞c（S^2-）＞c（OH^-）＞c（HS^-）＞c（H⁺），
故答案為：c（Na⁺）＞c（S^2-）＞c（OH^-）＞c（HS^-）＞c（H⁺）；
②該溫度下，S^2-+H₂O?HS^-+OH^-的電離常數K=$\frac{c（O{H}^{-}）（H{S}^{-}）}{c（{S}^{2-}）}$=$\frac{c（O{H}^{-}）（H{S}^{-}）}{c（{S}^{2-}）}$×$\frac{c（{H}^{+}）}{c（{H}^{+}）}$=$\frac{Kw}{K{a}_{2}}$=$\frac{1{0}^{-14}}{7.1×1{0}^{-15}}$=1.41，
故答案為：1.41；
（3）①吸收塔中發(fā)生反應是二氧化硫和硫化鈉反應生成單質硫，反應的化學方程式為：2SO₂+Na₂S=Na₂SO₄+2S，
故答案為：2SO₂+Na₂S=Na₂SO₄+2S；
②（I）Na₂SO₄（s）+2C（s）═Na₂S（s）+2CO₂（g）△H₁=-225.2kJ•mol^-1
（Ⅱ）CO₂（g）+C（s）═2CO（g）△H₂=172.4kJ•mol^-1
蓋斯定律計算（Ⅰ）-（Ⅱ）×2得到再生塔中固體硫酸鈉生成固體硫化鈉的熱化學方程式：Na₂SO₄（s）+4CO（g）=Na₂S（s）+4CO₂（g）△H=-119.6kJ•mol^-1，
故答案為：Na₂SO₄（s）+4CO（g）=Na₂S（s）+4CO₂（g）△H=-119.6kJ•mol^-1；
（4）①圖象中反應物轉化率隨溫度升高增大，升溫平衡向吸熱反應方向進行，所以反應為吸熱反應，該反應的△H＞0，
故答案為：＞；
②在VL恒容反應器中加入a mol Na₂SO₄并通入4a molH₂，一定條件下發(fā)生反應：Na₂SO₄（s）+4H₂（g）?Na₂S（s）+4H₂O（g），在t h時，測得殘留固體的質量為bg，結合足量差列式計算，
Na₂SO₄（s）+4H₂（g）?Na₂S（s）+4H₂O（g），固體質量減小
    1                  4                  1                   4                           64g
$\frac{（142a-b）g×1mol}{64g}$ 4×$\frac{（142a-b）g×1mol}{64g}$ $\frac{（142a-b）g×1mol}{64g}$ 4×$\frac{（142a-b）g×1mol}{64g}$   142ag-bg
0-t h中內，H₂O的平均速率反應速率v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{4（142a-b）}{64×VL}}{th}$mol/（L′h）=$\frac{142a-b}{16Vt}$mol/（L′h），
轉化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%=$\frac{\frac{142a-b}{64}}{1}$×100%=$\frac{（142a-b）}{64a}$×100%；

故答案為：$\frac{142a-b}{16Vt}$；$\frac{（142a-b）}{64a}$×100%．

點評 本題考查物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用，側重于學生的分析能力、實驗能力和評價能力的考查，題目難度中等，注意把握物質的性質的異同，注意除雜時不能引入新的雜質．