Question

【題目】硫酸廠用煅燒黃鐵礦(FeS2)來制取硫酸，實驗室利用硫酸廠燒渣(主要成分是Fe2O3及少量FeS、SiO2)制備綠礬。

（1）SO2和O2反應制取SO3的反應原理為：2SO2+O22SO3，經一段時間后，SO3的濃度增加了0.4mol/L，在這段時間內用O2表示的反應速率為0.04mol/(L·s)

① 則這段時間為_______s。

② 該反應達到平衡狀態的標志是_______。

A．容器內硫元素物質的量分數不變 B．混合物的平均相對分子質量不變

C．n(SO2):n(O2):n(SO3)=2:1:2 D．各組分的體積分數不變

（2）利用燒渣制綠礬的過程如下：

操作I的名稱____________，溶液A的溶質___________，固體B是__________。

（3）某科研機構用NaOH溶液吸收廢氣中的SO2，將所得的Na2SO4溶液進行電解，可循環再生NaOH，同時得到H2SO4，其原理如圖所示，(電極材料為石墨)

① 圖中b極要連接電源的___________極(填“正”或“負” )

②SO32-放電的電極反應式為__________。

③ 若用甲烷-空氣燃料電池作電源，處理標準狀況下40m3的廢氣(其中SO2的體積分數為0.2 ) ,理論上需要消耗標準狀況下甲烷___________m3。

Answer 1

【答案】（1）①5；②BD；

（2）過濾；硫酸；Fe；

（3）①正；②SO32- - 2e-+H2O=SO42-+2H+；③2。

【解析】

試題分析：（1）在這段時間內用O2表示的反應速率為0.04mol/(L·s)，則用SO3表示的反應速率為2×0.04mol/(L·s)= 0.08mol/(L·s)，反應時間t===5s，故答案為：5；

② A．根據質量守恒，容器內硫元素物質的量分數始終不變，不能判斷反應是否達到平衡狀態，錯誤；B．混合物的平均相對分子質量=，平均相對分子質量不變，表示氣體的物質的量不變，能判斷反應達到平衡狀態，正確；C．n(SO2):n(O2):n(SO3)=2:1:2，不能說明物質的濃度是否變化，不能判斷反應是否達到平衡狀態，錯誤；D．各組分的體積分數不變，說明各組分的物質的量濃度不變，能判斷反應達到平衡狀態，正確；故選BD；

（2）根據流程圖和實驗目的，燒渣與硫酸、氧氣反應，過濾分離得到濾液X和不溶物(S、二氧化硅等)；濾液X中主要含有Fe2(SO4)3、H2SO4等，加入鐵粉生成硫酸亞鐵溶液，還可除去未反應的硫酸，過濾除去未反應的Fe，濾液為硫酸亞鐵溶液，再通過濃縮蒸發、冷卻結晶得到綠礬，故操作I為過濾，溶液A為硫酸，固體B為鐵，故答案為：過濾；硫酸；Fe；

（3）①在圖中由于Na+向a極區域移動，根據同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引的原則，a要連接電源的負極，b要連接電源的正極，在陽極上SO32-變為S042-，C口流出的物質是硫酸，故答案為：正；

②在陽極上SO32-變為SO42-，SO32-放電的電極反應式為：SO32- - 2e-+H2O=SO42-+2H+，故答案為：SO32- - 2e-+H2O=SO42-+2H+；

③40m3的廢氣中含有SO2的體積為40m3×0.2=8 m3，反應中S元素的化合價由+4價變成+6價，甲烷中C元素的化合價有-4價變成+4價，根據得失電子守恒，有CH4～4 SO2，因此需要甲烷的體積為×8 m3=2m3，故答案為：2。