Question

【題目】SO2的含量是衡量大氣污染的一個重要指標(biāo)。工業(yè)上常采用催化還原法、吸收法或電解法處理SO2。利用催化還原 SO2法 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)已知CH4和S的燃燒熱(△H)分別為-890.3 kJ/ mol和一297.2 kJ/ mol , 則CH4 催化還原SO2反應(yīng)：CH4(g) +2 SO2 (g) =CO2(g)+ 2S(s)+ 2 H2O(1) △H =_____kJ/mol

(2)在恒容密閉容器中，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 ：

分析可知X為_______(填化學(xué)式)，o~t1時間段的溫度為_______，o~ t1時間段用SO2表示的化學(xué)反應(yīng)速率為______________。

(3)焦炭催化還原SO2生成S2, 化學(xué)方程式為2C(s)+ 2 SO2 (g)S2(g)+2CO2(g)△H < 0。

實驗測得：v正= k 正c2 (SO2 ) , v逆= k 逆c(S2 ) c2 ( CO 2) ( k正、k逆為速率常數(shù)，只與溫度有關(guān))．某溫度下，向2L的恒容密閉容器中充入lmol SO2，并加入足量焦炭，當(dāng)反應(yīng)達(dá)平衡時，SO2 轉(zhuǎn)化率為80%,則：

①k正：k 逆=_______________。

②若升高溫度，k正增大的倍數(shù)______( 填“> ”、“< ”或“= ”) k 逆增大的倍數(shù)。

(4) 利用如圖所示裝置(電極均為惰性電極)可吸收SO2。

直流電源a為_______極，電解時．電極B的電極反應(yīng)式為_____________。

Answer 1

【答案】-295.9kJ/mol H2S 300℃ mol/(Lmin) 3.2:1 ＜ 正 2HSO3-+2H++2e-═S2O42-+2H2O

【解析】

（1）CH4和SO2反應(yīng)的化學(xué)方程式為CH4+2SO2=CO2+2S+2H2O，CH4和S的燃燒熱分別為890.3kJ/mol和297.2kJ/mol，熱化學(xué)方程式為：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①-②×2計算CH4（g）+2SO2（g）═CO2（g）+2S（s）+2H2O（l）的焓變△H；

（2）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；0～t1時間段用SO2 表示的化學(xué)反應(yīng)速率v=；

(3) 某溫度下，向2L的恒容密閉容器中充入lmol SO2，并加入足量焦炭，當(dāng)反應(yīng)達(dá)平衡時，SO2 轉(zhuǎn)化率為80%，則：

①當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時，v正=v逆，據(jù)此計算k正：k 逆；

②升高溫度，正、逆反應(yīng)速率均升高，且平衡向吸熱反應(yīng)方向移動；

(4) 依據(jù)圖示可知，二氧化硫被氧化為硫酸根，所以二氧化硫所在的區(qū)為陽極區(qū)，陽極區(qū)發(fā)生反應(yīng)SO2-2e-+2H2O═SO42-+4H+，陽極與電源的正極a相連，b為電源負(fù)極，陰極的電極反應(yīng)式為2HSO3-+2H++2e-═S2O42-+2H2O，以此解答該題。

（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①-②×2可得CH4（g）+2SO2（g）═CO2（g）+2S（s）+2H2O（l）△H=-295.9kJ/mol；

（2）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，所以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===mol/（Lmin）；

(3) 某溫度下，向2L的恒容密閉容器中充入lmol SO2，并加入足量焦炭，當(dāng)反應(yīng)達(dá)平衡時，SO2 轉(zhuǎn)化率為80%，則：

①當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時，v正=v逆，則k正c2 (SO2 ) =k逆c(S2)c2(CO2)，故k正：k逆===3.2:1；

②此反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則升高溫度，平衡逆向移動，此時v正＜v逆，則k正增大的倍數(shù)小于k逆增大的倍數(shù)；

(4) 依據(jù)圖示可知，二氧化硫被氧化為硫酸根，所以二氧化硫所在的區(qū)為陽極區(qū)，則電源a為正極；電解時，電極B為陰極，HSO3-還原為S2O42-，則發(fā)生的電極反應(yīng)式為2HSO3-+2H++2e- ═S2O42-+2H2O。