Question

【題目】硫酸工業(yè)和合成氨工業(yè)是衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展水平的重要指標(biāo)，下圖是硫酸工業(yè)和合成氨工業(yè)聯(lián)合生產(chǎn)示意圖：

回答下列問(wèn)題：

(1)已知：

4Fe(s)+3O2(g)=2Fe2O3(s) △H=akJ/mol

SO2 (g)=S(s)+O2(g)△H=bkJ/mol

Fe(s)+2S(s)=Fe2S(s)△H=ckJ/mol

沸騰爐中主要反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為____。

(2)如果生產(chǎn)過(guò)程中H2的總轉(zhuǎn)化率為90%，FeS2的總轉(zhuǎn)化率為95%，氨與硫酸生成硫酸銨的轉(zhuǎn)化率為100%，則最初FeS2和H2的物質(zhì)的量之比為 ___。

(3)在一定條件下，分別向體積相同的恒容密閉容器甲，乙、丙中通入一定量的N2、H2或 NH3，發(fā)生反應(yīng)：N2 (g)+3H2=2NH3 (g)，相關(guān)數(shù)據(jù)如下：

①乙中NH3的轉(zhuǎn)化率為 ___，丙中x的取值范圍為 ___。

②在t1時(shí)升高甲容器的溫度，至t2時(shí)再次達(dá)到平衡，測(cè)得t2時(shí) 混合氣體的平均摩爾質(zhì)量比tl時(shí)小。請(qǐng)?jiān)趫D中畫(huà)出tl～t2 時(shí)間段正反應(yīng)速率的變化示意圖______________。

(4)尾氣中含有SO2，直接排放會(huì)造成環(huán)境污染，可用Fe2(SO4)3 溶液吸收。某科研團(tuán)隊(duì)對(duì)pH、c(Fe3+)、溫度等因素對(duì)SO2最 高吸收率的影響進(jìn)行研究，結(jié)果如圖：

40℃時(shí)SO2的最高吸收率隨pH、c(Fe3+)的增大而 __，其原因是 ___；溫度高于 40℃后，SO2的最高吸收率隨溫度的升高而減小，其原因是____。

Answer 1

【答案】4FeS2(s)＋11O2(g)=2Fe2O3(s)＋8SO2(g) △H=(a－8b－4c)kJ·mol－1 3：19 60% 1.6<x<4 增大 吸收過(guò)程中，發(fā)生2Fe3＋＋SO2＋2H2O2Fe2＋＋SO42－＋4H＋，c(Fe3＋)、pH增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng) 溫度升高，Fe3＋水解程度越大，c(Fe3＋)減小、c(H＋)增大，平衡2Fe3＋＋SO2＋2H2O2Fe2＋＋SO42－＋4H＋向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，SO2的最高吸收率減小

【解析】

（1）①4Fe(s)+3O2(g)=2Fe2O3(s) ，②SO2 (g)=S(s)+O2(g)，③Fe(s)+2S(s)=Fe2S(s)，沸騰爐中發(fā)生的反應(yīng)式4FeS2＋11O2=2Fe2O3＋8SO2，①－8×②－④×③，△H=(a－8b－4c)kJ·mol－1，其熱化學(xué)反應(yīng)方程式為4FeS2(s)＋11O2(g)=2Fe2O3(s)＋8SO2(g) △H=(a－8b－4c)kJ·mol－1；

（2）合成氨N2＋3H22NH3，產(chǎn)生NH3的物質(zhì)的量為2×n(H2)×90%/3mol，制備硫酸建立的關(guān)系是FeS2～2SO2～2SO3～2H2SO4，產(chǎn)生硫酸的物質(zhì)的量為2×n(FeS2)×95%mol，制備硫酸銨的反應(yīng)方程式為2NH3＋H2SO4=(NH4)2SO4，因?yàn)榈玫搅蛩徜@是轉(zhuǎn)化率為100%，因此有2×n(H2)×90%/3mol：2×n(FeS2)×95%mol=2：1，n(FeS2):n(H2)=3:19；

（3）①在溫度、體積一定的條件下，甲、乙兩容器中形成等效平衡，因此α(N2)甲＋α(NH3)乙=1，α(N2)甲=0.8mol/(2×1)×100%=40%，則α(NH3)乙=60%；丙容器相當(dāng)于將兩個(gè)甲容器加壓縮小為一個(gè)甲容器，加壓時(shí)，該平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，因此丙中x的范圍是1.6<n(NH3)<4；

②t1時(shí)升高溫度，v正增大，升高溫度，平均摩爾質(zhì)量減小，說(shuō)明該平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，N2、H2濃度增大，因此t1－t2時(shí)間段v正持續(xù)增大，圖像為；

（4）由圖可知，隨著c(Fe3＋)、pH的增大，SO2的最高吸收率增大；Fe3＋具有強(qiáng)氧化性，能將SO2氧化成SO42－，離子方程式為2Fe3＋＋SO2＋2H2O2Fe2＋＋SO42－＋4H＋，c(Fe3＋)、pH增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；由溫度關(guān)系圖可知，在40℃時(shí)，SO2的最高吸收率最大，溫度高于40℃后，溫度升高，SO2的最高吸收率減小，只能是有關(guān)物質(zhì)濃度改變所致，溫度升高，Fe3＋水解程度越大，c(Fe3＋)減小、c(H＋)增大，平衡2Fe3＋＋SO2＋2H2O2Fe2＋＋SO42－＋4H＋向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，SO2的最高吸收率減小。