Question

【題目】中國尿素合成塔(尿塔)使用壽命僅為歐美國家的1/4。為此北京鋼鐵研究院對某尿塔腐蝕過程進行研究，得出下列腐蝕機理：

(1)H2S來自合成尿素的天然氣。在380K、體積為2L的密閉容器中，存在反應(yīng)：H2(g)＋S(s)H2S(g) △H＝＋21.6 kJ·mol－1。反應(yīng)達到平衡時，H2、S、H2S的物質(zhì)的量均為3 mol。

①380K時該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為__________。

②下列對該反應(yīng)分析正確的是_________(填序號)。

(2)反應(yīng)II的化學(xué)方程式為：____________________________________。

(3)已知室溫下H2S2O3：K1＝2.2×10－1，K2＝2.5×10－2。

①Na2S2O3水溶液中電荷守恒式為___________________________；

②反應(yīng)IV的化學(xué)方程式_____________________________________。該反應(yīng)_________(填“能”或“不能”)說明FeS溶解性強于FeS2O3。

(4)此尿塔的最終腐蝕產(chǎn)物為__________________。為了有效防腐，北鋼建議該尿塔在生產(chǎn)中用CuSO4溶液“脫硫(H2S)”，離子反應(yīng)方程式為_________。(室溫下，H2S：K1＝1.3×10－7、K2＝7.1×10－15。CuS：Ksp＝6.3×10－36)

Answer 1

【答案】1 ab 4FeS＋7O2＝2Fe2O3＋4SO2 c(Na＋)＋c(H＋)＝2c(S2O32－)＋c(HS2O3－)＋c(OH－) FeS＋H2S2O3＝H2S↑＋FeS2O3 不能 Fe2O3、FeS2O3 Cu2＋＋H2S＝CuS↓＋2H＋

【解析】

根據(jù)平衡常數(shù)的公式進行計算，固體不帶入；該反應(yīng)正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，溫度升高平衡向正反應(yīng)移動；增大壓強平衡不移動，但容器體積減小，硫化氫的濃度增大；升高溫度反應(yīng)速率加快；增大硫化氫的濃度，等效為增大壓強；根據(jù)反應(yīng)流程圖可知，反應(yīng)II主要反應(yīng)物有O2、FeS，主要產(chǎn)物有SO2、Fe2O3，再根據(jù)得失電子守恒配平方程；反應(yīng)II和反應(yīng)IV的最終產(chǎn)物是Fe2O3、FeS2O3，硫化氫與硫酸銅反應(yīng)生成硫化銅沉淀與硫酸，相當(dāng)于強制弱的反應(yīng)。

(1) ①根據(jù)平衡常數(shù)的公式進行計算，固體不帶入，故該反應(yīng)的平衡常數(shù)K= = =1，②該反應(yīng)正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，溫度升高平衡向正反應(yīng)移動，平衡常數(shù)增大，圖象與實際相符合；增大壓強平衡不移動，但容器體積減小，硫化氫的濃度增大；升高溫度反應(yīng)速率加快，圖象中正反應(yīng)速率不變；增大硫化氫的濃度，等效為增大壓強，平衡不移動，各組分的含量不變，圖象與實際不相符；H2S2O3屬于弱酸，該溶液中存在的離子有Na＋、H＋、S2O32－、HS2O3－、OH－；反應(yīng)IV的主要反應(yīng)物有H2S2O3、FeS，主要產(chǎn)物有H2S、FeS2O3；

故答案為：1；ab；

(2)根據(jù)反應(yīng)流程圖可知，反應(yīng)II主要反應(yīng)物有O2、FeS，主要產(chǎn)物有SO2、Fe2O3，再根據(jù)得失電子守恒配平方程，可得：4FeS＋7O2＝2Fe2O3＋4SO2；

故答案為：4FeS＋7O2＝2Fe2O3＋4SO2；

(3)電荷守恒：溶液中所有正離子的電荷數(shù)等于所有陰離子的負(fù)電荷數(shù)，由電離平衡常數(shù)可知，H2S2O3屬于弱酸，該溶液中存在的離子有Na＋、H＋、S2O32－、HS2O3－、OH－，故有電荷守恒：c(Na＋)＋c(H＋)＝2c(S2O32－)＋c(HS2O3－)＋c(OH－)；根據(jù)反應(yīng)流程圖可知，反應(yīng)IV的主要反應(yīng)物有H2S2O3、FeS，主要產(chǎn)物有H2S、FeS2O3，可以寫出反應(yīng)IV的化學(xué)方程式為：FeS＋H2S2O3＝H2S↑＋FeS2O3學(xué)；該反應(yīng)屬于復(fù)分解反應(yīng)，不能說明二者的溶解度大小；

故答案為：c(Na＋)＋c(H＋)＝2c(S2O32－)＋c(HS2O3－)＋c(OH－)； FeS＋H2S2O3＝H2S↑＋FeS2O3；不能；

(4)由流程圖可知，反應(yīng)II和反應(yīng)IV的最終產(chǎn)物是Fe2O3、FeS2O3，故此尿塔的最終腐蝕產(chǎn)物為為Fe2O3、FeS2O3；硫化氫與硫酸銅反應(yīng)生成硫化銅沉淀與硫酸，相當(dāng)于強制弱的反應(yīng)，反應(yīng)離子方程式為：Cu2++H2S=CuS↓+2H+；

故答案為：Fe2O3、FeS2O3；Cu2++H2S=CuS↓+2H+。