【題目】直接排放含SO2的煙氣會(huì)形成酸雨,危害環(huán)境。工業(yè)上常采用催化還原法和堿吸收法處理SO2氣體。

(1)下圖所示:1mol CH4完全燃燒生成氣態(tài)水的能量變化和1mol S(g)燃燒的能量變化。在催化劑作用下,CH4可以還原SO2生成單質(zhì)S(g)、H2O(g)和CO2,寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式________________________________________________________

(2)焦炭催化還原二氧化硫的化學(xué)方程式為2C(s)+2SO2(g)S2(g)+2CO2(g)。一定壓強(qiáng)下,向1L密閉容器中充入足量的焦炭和1molSO2發(fā)生反應(yīng),測(cè)得SO2的生成速率與S2(g)的生成速率隨溫度變化的關(guān)系如圖所示:

①A、B、C、D四點(diǎn)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)中,達(dá)到平衡狀態(tài)的有_____________(填字母)。

②該反應(yīng)的△H_____0(填“>”“<”或“=”)。

③下列措施能夠增大SO2平衡轉(zhuǎn)化率的是______________。

A.降低溫度 B.增加C的量 C.減小容器體積 D.添加高效催化劑

(3)用氨水吸收SO2。25℃時(shí)2.0mol·L-1的氨水中,NH3·H2O的電離度α=______(×100%)。將含SO2的煙氣通入該氨水中,當(dāng)溶液顯中性時(shí),溶液中的=_______。(已知25℃,Kb(NH3·H2O)=1.8×10-5;Ka1(H2SO3)=1.3×10-2,Ka2(H2SO3)=6.2×10-8)

(4)當(dāng)吸收液失去吸收能力后通入O2可得到NH4HSO4溶液,用如圖所示裝置電解所得NH4HSO4溶液可制得強(qiáng)氧化劑(NH4)2S2O8

①寫出電解NH4HSO4溶液的化學(xué)方程式____________。

②若用9.65A的恒定電流電解飽和NH4HSO4溶液1小時(shí),理論上生成的(NH4)2S2O8的物質(zhì)的量為________。(F=96500C·mol-1)

【答案】 CH4(g)+2SO2(g)=2S(g)+CO2(g)+2H2O(g), H=352 KJ/mol; C < A 0.3% 0.62 2NH4HSO4==(NH4)2S2O8+H2 0.18mol

【解析】(1)根據(jù)圖像可知:①CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g)△H=Ea1-Ea2=126-928=-802J/mol;②S(s)+O2(g)===SO2(g)△H=-577 kJ/mol;根據(jù)蓋斯定律可知①-②×2即得到CH4和SO2反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為CH4(g)+2SO2(g)===CO2(g)+2S(s)+2H2O(g)△H=352 kJ/mol;正確答案:CH4(g)+2SO2(g)===CO2(g)+2S(s)+2H2O(g)△H=352 kJ/mol。

(2) ①達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí),速率之比和物質(zhì)前面的系數(shù)成正比,且速率方向相反;因此A點(diǎn)時(shí),SO2的生成速率與S2(g)的生成速率相等,不符合系數(shù)比關(guān)系,沒(méi)有達(dá)到平衡狀態(tài);B點(diǎn)時(shí)SO2的生成速率與S2(g)的生成速率雖然不相等,但不符合系數(shù)比關(guān)系,沒(méi)有達(dá)到平衡狀態(tài);C點(diǎn)SO2的生成速率與S2(g)的生成速率相差2倍關(guān)系,符合系數(shù)比關(guān)系, 達(dá)到平衡狀態(tài);D點(diǎn)時(shí),SO2的生成速率與S2(g)的生成速率相差不是2倍關(guān)系,不符合系數(shù)比關(guān)系,沒(méi)有達(dá)到平衡狀態(tài);正確選項(xiàng)C。

②從圖像可出,升高溫度,SO2的生成速率增加較快,反應(yīng)逆向移動(dòng),該反應(yīng)為放熱反應(yīng),△H<0;正確答案:<。

③針對(duì)于可逆反應(yīng)2C(s)+2SO2(g)S2(g)+2CO2(g),△H<0;降低溫度,平衡右移,SO2平衡轉(zhuǎn)化率增大,A正確; C為純固體,改變其用量,速率不變,平衡不移動(dòng),SO2平衡轉(zhuǎn)化率不變,B錯(cuò)誤;減小容器體積,增大壓強(qiáng),平衡左移,SO2平衡轉(zhuǎn)化率減小,C錯(cuò)誤;添加高效催化劑,只能加快反應(yīng)速率,平衡不動(dòng),SO2平衡轉(zhuǎn)化率不變,D錯(cuò)誤;正確選項(xiàng)A。

(3) 電離平衡:NH3·H2ONH4++OH- 已知2.0mol·L-1的氨水中,已經(jīng)電離的NH3·H2O為x mol·L-1,則剩余的c(NH3·H2O)=2-x mol·L-1,c(NH4+)=x mol·L-1,c(OH-)= x mol·L-1;根據(jù)Kb(NH3·H2O)=1.8×10-5= x2/(2-x),x=0.006 mol·L-1,電離度α=×100%=0.006/2×100%=0.3%;將含SO2的煙氣通入該氨水中,當(dāng)溶液顯中性時(shí),c(H+)=c(OH-)=10-7mol/L,亞硫酸氫根離子電離平衡常數(shù)Ka2(H2SO3)=c(H+)×c(SO32-)/c(HSO3-),= Ka2(H2SO3)/c(H+)=6.2×10-8/10-7=0.62;正確答案:0.3%;0.62。

(4) ①NH4HSO4中硫元素為+6價(jià),(NH4)2S2O8中硫元素為+2價(jià),發(fā)生氧化反應(yīng),根據(jù)氧化還原反應(yīng)規(guī)律氫元素化合價(jià)降低,被還原為氫氣電解NH4HSO4溶液的化學(xué)方程式2NH4HSO4==(NH4)2S2O8+H2↑;正確答案:2NH4HSO4==(NH4)2S2O8+H2↑。

根據(jù)公式:Q=It=9.65×60×60, 反應(yīng)轉(zhuǎn)移的電子物質(zhì)的量為Q/ F=9.65×60×60/96500=0.36mol,根據(jù)2NH4HSO4==(NH4)2S2O8+H2↑可知,轉(zhuǎn)移2 mol電子生成1mol (NH4)2S2O8,現(xiàn)轉(zhuǎn)移0.36mol電子,生成0.18 mol (NH4)2S2O8;正確答案:0.18。

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