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）已知CH4和S的燃燒熱分別為a kJ/mol 和b kJ/mol。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 和液態(tài)水。反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為______________。（△H用含a、b的代數(shù)式表示）

（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時間段的反應(yīng)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）焦炭催化還原SO2生成S2的化學(xué)方程式為：2C(s)+2SO2(g)S2(g)+2CO2(g)，恒容容器中，lmol/L SO2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ΔH______0（填“＞”或“＜”）；

②700℃的平衡常數(shù)為_____________________；

（4）工業(yè)上可用Na2SO3溶液吸收SO2，該反應(yīng)的離子方程式為___________，25℃時用1mol/L的Na2SO3溶液吸收SO2，當溶液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=（2b-a） kJ/mol H2S 300℃ 2×10-3/t1 mol/(L· min) 2H2+SO2 = S+2H2O ＜ 36.45 mol/L SO32- +SO2 + H2O = 2HSO3- c(Na+)＞c(HSO3-)＞c(SO32-)＞c(H+)=c(OH-)

【解析】分析：本題考查蓋斯定律的應(yīng)用、熱化學(xué)方程式的書寫、化學(xué)反應(yīng)速率的計算、方程式的書寫、化學(xué)平衡圖像的分析和計算、溶液中粒子濃度的大小關(guān)系。

（1）根據(jù)燃燒熱的概念寫出熱化學(xué)方程式，再用蓋斯定律。

（2）根據(jù)圖示和圖像中物質(zhì)的變化以及物質(zhì)的量濃度之間的關(guān)系，結(jié)合原子守恒，X為H2S，0~t1時間段的反應(yīng)溫度為300℃。根據(jù)圖像和化學(xué)反應(yīng)速率的表達式計算υ（SO2）。根據(jù)圖示寫出總反應(yīng)。

（3）根據(jù)圖像a點達到平衡狀態(tài)，升高溫度SO2的平衡轉(zhuǎn)化率減小，平衡向逆反應(yīng)方向移動，則ΔH0。根據(jù)圖中轉(zhuǎn)化率和三段式計算化學(xué)平衡常數(shù)。

（4）Na2SO3吸收SO2的離子方程式為SO32-+SO2+H2O=2HSO3-。Na2SO3溶液呈堿性，NaHSO3溶液呈酸性，用Na2SO3溶液吸收SO2得到pH=7的溶液，溶液中溶質(zhì)為Na2SO3和NaHSO3，溶液中c（H+）=c（OH-）=110-7mol/L，根據(jù)K2（H2SO3）==6.210-8，則=6.210-8（110-7）=0.62，c（SO32-）c（HSO3-），溶液中離子濃度由大到小的順序為c（Na+）c（HSO3-）c（SO32-）c（H+）=c（OH-）。

詳解：（1）CH4和S的燃燒熱分別為akJ/mol和bkJ/mol，寫出熱化學(xué)方程式：

CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）ΔH=-akJ/mol（①）

S（s）+O2（g）=SO2（g）ΔH=-bkJ/mol（②）

應(yīng)用蓋斯定律，將①-②2得，CH4（g）+2SO2（g）=CO2（g）+2S（s）+2H2O（l）ΔH=（2b-a）kJ/mol。

（2）①根據(jù)圖示和圖像，第一步對應(yīng)圖像0~t1段，由H2和SO2反應(yīng)生成X，反應(yīng)消耗的H2、SO2和生成的X物質(zhì)的量濃度之比為（610-3）：（310-3-110-3）：（210-3）=3:1:1；第二步對應(yīng)圖像t1~t2段，X與SO2反應(yīng)生成S，消耗的X與SO2物質(zhì)的量濃度之比為（210-3）：（110-3）=2:1，結(jié)合原子守恒，X為H2S，0~t1時間段的反應(yīng)溫度為300℃。υ（SO2）===mol/（L·min）。

②根據(jù)圖示和圖像，總反應(yīng)為H2與SO2按物質(zhì)的量之比2:1反應(yīng)生成S，結(jié)合原子守恒，總反應(yīng)的化學(xué)方程式為2H2+SO2=S+2H2O。

（3）①根據(jù)圖像a點達到平衡狀態(tài)，700℃后升高溫度SO2的平衡轉(zhuǎn)化率減小，平衡向逆反應(yīng)方向移動，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則該反應(yīng)的ΔH0。

②700℃時SO2的轉(zhuǎn)化率為90%，用三段式

2C（s）+2SO2（g）S2（g）+2CO2（g）

c（起始）（mol/L） 1 0 0

c（轉(zhuǎn)化）（mol/L） 190% 0.45 0.9

c（平衡）（mol/L） 0.1 0.45 0.9

700℃的平衡常數(shù)K===36.45mol/L。

（4）Na2SO3吸收SO2的離子方程式為SO32-+SO2+H2O=2HSO3-。Na2SO3溶液呈堿性，NaHSO3溶液呈酸性，用Na2SO3溶液吸收SO2得到pH=7的溶液，溶液中溶質(zhì)為Na2SO3和NaHSO3，溶液中c（H+）=c（OH-）=110-7mol/L，根據(jù)K2（H2SO3）==6.210-8，則=6.210-8（110-7）=0.62，c（SO32-）c（HSO3-），溶液中離子濃度由大到小的順序為c（Na+）c（HSO3-）c（SO32-）c（H+）=c（OH-）。