Question

【題目】SO2是危害最為嚴重的大氣污染物之一，SO2的含量是衡量大氣污染的一個重要指標。工業(yè)上常采用催化還原法或吸收法處理SO2。催化還原SO2不僅可以消除SO2污染，而且可得到有價值的單質(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。已知CH4和S的燃燒熱分別為890.3kJ/mol和297.2kJ/mol，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SO2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）工業(yè)上可用Na2SO3溶液吸收SO2，該反應(yīng)的離子方程式為__________________________，比較Na2SO3溶液中各離子濃度的大小關(guān)系為__________________。

Answer 1

【答案】 CH4 (g)+2SO2 (g)=== CO2 (g)+2S (s)+2H2O(l) △H=-295.9 kJ/mol H2S 300℃ 2×10-3/t1 mol/(L· min) 2H2+SO2 === S+2H2O SO32- +SO2 + H2O === 2HSO3- c(Na+)＞＞c(SO32-)＞c(OH-)＞c(HSO3-)＞c(H+)

【解析】本題以消除大氣污染物SO2的各種方法討論為基礎(chǔ)，主要考查蓋斯定律、熱化學(xué)方程式、質(zhì)量守恒定律、化學(xué)反應(yīng)速率計算、離子方程式、離子濃度大小比較等基礎(chǔ)知識，考查考生的讀圖能力、對化學(xué)反應(yīng)過程的綜合分析能力和化學(xué)知識的綜合運用能力。

解析：（1）根據(jù)已知可得CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-890.3 kJ/mol……①、S(s)+O2(g)=SO2(g) △H=-297.2 kJ/mol……②，CH4使SO2轉(zhuǎn)化為S的反應(yīng)原理是CH4+2SO2=2S+CO2+2H2O，反應(yīng)①-②×2得CH4(g)+2SO2(g)=2S(s)+CO2(g)+2H2O(l) △H=-295.9 kJ/mol。正確答案：CH4(g)+2SO2(g)=2S(s)+CO2(g)+2H2O(l) △H=-295.9 kJ/mol。（2）第一步300℃時，對應(yīng)圖2 的0~t1時間段，通過讀圖可知參加反應(yīng)的H2 6×10-3mol/L、SO2 (3-1)×10-3mol/L、生成X 2×10-3mol/L，因此反應(yīng)過程中這三種物質(zhì)的計量系數(shù)之比為3:1:1，既3H2+SO2→X……③。同理100~200℃反應(yīng)為2X+SO2→S……④。H2還原SO2生成S的同時產(chǎn)生H2O，既SO2+2H2=S+2H2O，所以反應(yīng)④參加反應(yīng)的O元素生成H2O，反應(yīng)④為2X+SO2=S+2H2O，根據(jù)質(zhì)量守恒定律X為H2S。0~t1時間段用SO2表示的化學(xué)反應(yīng)速率為。正確答案：H2S、300℃、、SO2+2H2=S+2H2O。（3）Na2SO3吸收SO2反應(yīng)生成NaHSO3，反應(yīng)離子方程式為SO32-+SO2+H2O =2HSO3-。Na2SO3溶液中，Na2SO3=2Na++SO32-，SO32-+H2OHSO3-+OH-、HSO3-+H2OH2SO3+OH-， H2OH++OH-，其中SO32-水解只占總SO32-的一小部分，HSO3-水解只占第一步水解生成的總HSO3-的一小部分，且SO32-水解程度大于HSO3-。所以溶液中各離子濃度大小關(guān)系為c(Na+)＞c(SO32-)＞c(OH-)＞c(HSO3-)＞c(H+)。正確答案：SO32-+SO2+H2O =2HSO3-、c(Na+)＞c(SO32-)＞c(OH-)＞c(HSO3-)＞c(H+)。