Question

【題目】二氧化硫是造成大氣污染的主要有害氣體之一，工業制備硫酸的接觸室中二氧化硫不能完全轉化為三氧化硫，尾氣必須處理。某興趣小組模擬接觸室中反應，如圖是分別在三種不同實驗條件下進行反應，反應物二氧化硫的濃度隨時間的變化。

(1)工業制硫酸的接觸室中用二氧化硫與氧氣制三氧化硫的生產條件為_______。

(2)實驗②，0～4min 平均反應速率v(O2)=______。

(3)實驗③可能改變的條件是什么：______請簡述理由。______（已知正反應放熱）

(4)二氧化硫尾氣可以用氨水吸收，最終的產物可能有(NH4)2SO4、(NH4)2SO3、NH4HSO3。若三者的物質的量濃度相同時，銨根離子濃度由大到小的順序為______。

(5)濃硫酸是常見的干燥劑，請解釋不能干燥硫化氫與氨氣的原因_____。

Answer 1

【答案】常壓、催化劑、加熱 0.00375mol/(Lmin) 降低溫度 實驗③中反應達到平衡的時間增加，SO2的轉化率升高 (NH4)2SO4、(NH4)2SO3、NH4HSO3 濃硫酸具有強氧化性會氧化硫化氫，具有酸性會與氨氣反應

【解析】

(1)根據可逆反應的特點及化學反應速率、化學平衡移動原理分析；

(2)實驗②，先計算0-4min v(SO2)平均反應速率，然后根據不同物質的速率關系，計算v(O2)；

(3)根據反應特點，結合達到平衡時間、平衡時SO2的含量判斷反應條件；

(4)根據鹽的組成判斷NH4+濃度的大小；

(5)根據氧化還原反應規律分析。

(1)SO2與O2生成SO3的反應為可逆反應，方程式為：2SO2+O22SO3，由于升高溫度、使用催化劑可加快反應速率，縮短達到平衡所需要的時間，所以反應要在催化劑、加熱下進行，由于在常壓下反應物SO2的轉化率較大，若采用增大壓強的方法，盡管增大壓強，可以加快反應速率，可以使化學平衡正向移動，提高SO2的轉化率，但產生大的動力消耗較大的能量，而且對設備的材料投入相應的也增大，平衡移動SO2的轉化率增大不多，不經濟，因此一般就采用常壓條件下，加熱和使用催化劑進行反應；

(2)對于實驗②，根據圖示可知在0～4min 內平均反應速率v(SO2)==0.0075 mol/(Lmin)，由于用不同物質表示反應速率時，速率比等于化學計量數的比，所以v(O2)= v(SO2)=×0.0075 mol/(Lmin)=0.00375mol/(Lmin)；

(3)根據圖象可知：實驗③達到平衡所需時間長，說明反應速率減小，而且達到平衡時SO2的濃度降低，平衡含量降低，說明化學平衡正向移動，由于可逆反應2SO2+O22SO3的正反應是氣體體積減小的放熱反應，則改變的條件是降低反應溫度；

(4)若產生的三種鹽(NH4)2SO4、(NH4)2SO3、NH4HSO3的物質的量濃度相同，根據電離方程式(NH4)2SO4=2NH4++SO42-、(NH4)2SO3=2NH4++SO32-、NH4HSO3=NH4++HSO3-，可知銨根離子濃度最小的是NH4HSO3；(NH4)2SO4是強酸弱堿鹽，只存在NH4+的水解作用，而(NH4)2SO3是弱酸弱堿鹽，在溶液中NH4+、SO32-都發生水解反應，SO32-水解反應對NH4+的水解起促進作用，導致NH4+的濃度比(NH4)2SO4的小，所以若三者的物質的量濃度相同時，銨根離子濃度由大到小的順序為(NH4)2SO4、(NH4)2SO3、NH4HSO3；

(5)濃硫酸是常見的干燥劑，濃硫酸中+6價的S具有強的氧化性，因而使具有強氧化性，而H2S具有還原性，二者會發生氧化還原反應產生S和H2O，因此不能干燥硫化氫；濃硫酸具有酸性，會與堿性氣體氨氣反應產生硫酸銨，因此也不能用硫酸干燥氨氣。