Question

【題目】SO2的含量是衡最大氣污染的一個重要指標(biāo)，工業(yè)上常采用催化還原法或吸收法處理SO2。利用催化還原SO2不僅可消除SO2污染，而且可得到有經(jīng)濟(jì)價值的單質(zhì)S。

（1）在復(fù)合組分催化劑作用下，CH4可使SO2轉(zhuǎn)化為S，同時生成CO2和H2O。

己知CH4和S的燃燒熱(△H)分別為-890.3k/mol和-297.2kJ/mol，則CH4和SO2反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為_____________。

（2）用H2還原SO2生成S的反應(yīng)分兩步完成，如圖1所示，該過程中相關(guān)物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度隨時間的變化關(guān)系如圖2所示:

①分析可知X為______(寫化學(xué)式)，0～t1時間段的溫度為_____，0～t1時間段用SOz表示的化學(xué)反應(yīng)速率為________。

②總反應(yīng)的化學(xué)方程式為_____________。

（3）焦炭催化還原SO2生成S2,化學(xué)方程式為:2C(s)+2SO2(g)S2(g)+2CO2(g)，恒容容器中，1mol/LSO2與足量的焦炭反應(yīng)，SO2的轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化如圖3所示。

①該反應(yīng)的△H____0(填“>”或“<”)

②算a點的平衡常數(shù)為_________。

（4）工業(yè)上可用Na2SO3溶液吸收法處理SO2,25℃時用1mo/L的Na2SO3溶液吸收SO2。當(dāng)溶液pH=7時，溶液中各離子濃度的大小關(guān)系為________。已知:H2SO3的電離常數(shù)K1=1.3×10-2，K2=6.2×10-8

Answer 1

【答案】 CH4(g)+2SO2(g)=CO2(g)+2S(s)+2H2O(l) △H=-295.9kJ/mol H2S 300℃ 2×10-3/t1mol/(L·min) 2H2+SO2S+2H2O < 36.45mol/L c(Na+)>c(HSO3-)>c(SO32-)>c(H+)=c(OH-)

【解析】(1)CH4和S的燃燒熱分別為890.3kJ/mol和297.2kJ/mol，可知熱化學(xué)方程式：①CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)△H=-890.3kJ/mol，②S(s)+O2(g)═SO2(g)△H=-297.2kJ/mol，根據(jù)蓋斯定律，將①-②×2可得CH4(g)+2SO2(g)═CO2(g)+2S(s)+2H2O(l)△H=-295.9kJ/mol，故答案為：CH4(g)+2SO2(g)═CO2(g)+2S(s)+2H2O(l)△H=-295.9kJ/mol；

(2)①根據(jù)圖1可知，在300℃時，SO2和H2反應(yīng)生成H2S，在100℃到200℃時，H2S和SO2反應(yīng)生成S和水，故X為H2S；在圖2中，0～t1時間段SO2和H2的濃度降低，H2S的濃度升高，故0～t1時間段溫度為300℃；用SO2表示的化學(xué)反應(yīng)速率v===×103 mol/(L· min)，故答案為：H2S；300℃；×103 mol/(L· min)；

②根據(jù)分析可知，SO2和H2最終反應(yīng)生成S和水，故化學(xué)方程式為2H2+SO2═S+2H2O，故答案為：2H2+SO2═S+2H2O；

(3)①根據(jù)圖像可知，升高溫度，SO2的轉(zhuǎn)化率降低，即平衡左移，此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H＜0，故答案為：＜；

②由于點a的二氧化硫的轉(zhuǎn)化率為90%，故有：

2C(s)+2SO2(g)S2(g)+2CO2(g)

初始(c)： 1mol/L 0 0

轉(zhuǎn)化(c)： 0.9mol/L0.45mol/L0.9mol/L

平衡(c)： 0.1mol/L 0.45mol/L 0.9mol/L

故平衡常數(shù)K===36.45，故答案為：36.45；

(4)Na2SO3溶液吸收SO2生成NaHSO3，離子方程式為SO32-+SO2+H2O═2HSO3-；25℃時用1mol/L的Na2SO3溶液吸收SO2，當(dāng)溶液pH=7時，溶液中的溶質(zhì)為Na2SO3和NaHSO3，故c(Na+)最大，c(H+)=c(OH-)=10-7mol/L，根據(jù)K2=6.2×10-8=可知=0.62，故c(HSO3-)＞c(SO32-)，則有：c(Na+)＞c(HSO3-)＞c(SO32-)＞c(H+)=c(OH-)，故答案為：c(Na+)＞c(HSO3-)＞c(SO32-)＞c(H+)=c(OH-)。