Question

【題目】燃煤煙氣中含有大量的二氧化硫，進行脫硫處理可以減少環境污染，變廢為寶。

（1）H2還原法是處理燃煤煙氣中SO2的方法之一。已知：2H2S(g)＋SO2(g)＝3S(s)＋2H2O(l) ΔH=a kJ·mol－1；H2S(g)＝H2(g)＋S(s) ΔH=b kJ·mol－1；H2O(l)＝H2O(g) ΔH=c kJ·mol－1；寫出SO2(g)和H2(g)反應生成S(s)和H2O(g)的熱化學方程式：_______。

（2）新型納米材料氧缺位鐵酸鹽（ZnFe2Ox）能使工業廢氣中酸性氧化物分解除去，若2 mol ZnFe2Ox與足量SO2可生成2 mol ZnFe2O4和1.0 mol S，則x＝_______。

（3）一種以銅作催化劑脫硫有如下兩個過程：

①在銅的作用下完成工業尾氣中SO2的部分催化氧化，所發生反應為：2SO2＋2n Cu＋(n＋1)O2＋(2－2 n)H2O＝2n CuSO4＋(2－2n) H2SO4，吸收標準狀況下11.2L SO2，被SO2還原的O2的質量為______g。

②利用如所示電化學裝置吸收另一部分SO2，并完成Cu的再生。寫出裝置內所發生反應的離子方程式______；若用甲烷燃料電池作電源（電解質溶液呈堿性），負極的反應式為_______。

Answer 1

【答案】SO2(g)＋2H2(g)＝S(s)＋2H2O(g) ΔH=(a－2b＋2c) kJ·mol—1 3 8 SO2＋2H2O＋Cu2＋4H＋＋SO＋Cu CH4－8e－＋10OH－＝CO＋7H2O

【解析】

根據題干要求書寫熱化學方式，運用蓋斯定律計算放熱；根據氧化還原反應中電子轉移守恒進行相關計算；根據反應方程式及氣體摩爾體積進行相關計算；根據電解質及燃料電池原理書寫電極反應式。

（1）根據蓋斯定律得：由I 2H2S(g)＋SO2(g)＝3S(s)＋2H2O(l) ΔH1=a kJ·mol－1；II H2S(g)＝H2(g)＋S(s) ΔH2=b kJ·mol－1； III H2O(l)＝H2O(g) ΔH3=c kJ·mol－1；得I-2II+2III：SO2(g)＋2H2(g)＝S(s)＋2H2O(g)， ΔH=ΔH1-2ΔH1+2ΔH1=(a－2b＋2c) kJ·mol—1，所以熱化學方程式為：SO2(g)＋2H2(g)＝S(s)＋2H2O(g) ΔH=(a－2b＋2c) kJ·mol—1，故答案為：SO2(g)＋2H2(g)＝S(s)＋2H2O(g) ΔH=(a－2b＋2c) kJ·mol—1；

（2）該反應為氧化還原反應，根據電子得失守恒分析得： 硫元素得電子數目為：(+4-0)×1mol=4mol，ZnFe2O4中鐵元素化合價為+3，ZnFe2Ox中鐵元素化合價為x-1，鐵元素失電子數目為[3-(x-1)]×4mol=4mol，則x=3：故答案為：3；

（3）①2SO2+ O2= 2SO3

44.8L 32g

11.2L m

解得m=8g；

②分析圖中電解裝置，可知左邊石墨是電解池的陽極，右邊是陰極；陽極放電的物質二氧化硫，失去電子生成硫酸根離子，電極反應式：SO2-2e-+2H2O=SO42-+2H+；陰極放電的物質時銅離子，得到電子被還原成單質銅，電極反應式：Cu2++2e-=Cu；將上述兩電極的電極反應相加得：SO2＋2H2O＋Cu2＋4H＋＋SO＋Cu；甲烷燃料電池中，甲烷為負極，失電子發生氧化反應，因為電解質呈堿性，則產物為碳酸根，負極反應式為：CH4－8e－＋10OH－＝CO，故答案為：8； SO2＋2H2O＋Cu2＋4H＋＋SO＋Cu；CH4－8e－＋10OH－＝CO。