Question

【題目】SO2的含量是衡量大氣污染的一個(gè)重要指標(biāo)。工業(yè)上常采用催化還原法或吸收法處理SO2。

（1）在復(fù)合組分催化劑作用下，CH4可使SO2轉(zhuǎn)化為S，同時(shí)生成CO2和液態(tài)H2O。

已知：CH4（g）+2O2（g） = CO2（g）+2H2O（l）= -890.3 kJ/mol

S（s）+O2（g） = SO2（g） AH=-291.2 kJ/mol

則CH4和SO2反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為________。

（2）在恒容密閉容器中，用H2還原SO2生成S的反應(yīng)分兩步完成（如圖1所示），該過(guò)程中相關(guān)物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖2所示：

①分析可知X為_____（填化學(xué)式），0t1時(shí)間段的溫度為_____.

②用H2還原SO2生成S的總反應(yīng)的化學(xué)方程式為_____.

（3）焦炭催化還原SO2生成S2，化學(xué)方程式為2C（s）+2SO2（g）= S2（g）+2CO2（g）。在恒容密閉容器中，1 mol/LSO2與足量的焦炭反應(yīng)，SO2的轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化如圖3所示。

①該反應(yīng)的△H____（填“ > ”或“<”）0。

②計(jì)算a點(diǎn)的平衡常數(shù)為_____.

（4）工業(yè)上用Na2SO3溶液處理硫酸廠的廢氣SO2得NaHSO3溶液。

①某溫度下，用1.0mol/LNa2SO3溶液吸收純凈的SO2,當(dāng)溶液pH降至5時(shí)，吸收能力顯著下降，應(yīng)更換吸收劑。此時(shí)溶液中_____。（已知該溫度下H2SO3的電離平衡常數(shù)：Ka1=1.5010-2,Ka2=1.25l0-6）

②用惰性電極電解NaHSO3廢水可使吸收液再生，原理如下圖所示，M和N為離子交換膜。陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為：______。

Answer 1

【答案】CH4（g）＋2SO2（g） = CO2（g）＋2S（s）＋2H2O（l） ΔH＝－295.9kJ/mol H2S 300℃ 2H2＋SO2S＋2H2O ＜ 36.45 1/8 HSO3- - 2e- + H2O = SO42- + 3H+

【解析】

（1）CH4和S的燃燒熱分別為890.3kJ/mol和297.2kJ/mol，可知熱化學(xué)方程式：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H＝890.3kJ/mol①；S(s)+O2(g)=SO2(g) △H＝297.2kJ/mol②；根據(jù)蓋斯定律，將①-②×2可得CH4(g)+2SO2(g)=CO2(g)+2S(s)+2H2O(l)的反應(yīng)熱；

（2）①根據(jù)圖1可知，在300℃時(shí)，SO2和H2反應(yīng)生成H2S，在100℃到200℃時(shí)，H2S和SO2反應(yīng)生成S和水；

②根據(jù)分析可知，SO2和H2最終反應(yīng)生成S和水，據(jù)此寫(xiě)出化學(xué)方程式；

（3）①根據(jù)圖象可知，升高溫度，SO2的轉(zhuǎn)化率降低；

②利用三段式計(jì)算出反應(yīng)物和生成物的平衡濃度，根據(jù)平衡常數(shù)K= 來(lái)計(jì)算；

（4）①根據(jù)反應(yīng)SO32-+H2O+SO2=2HSO3-可知當(dāng)溶液pH降至5時(shí)，溶液中的溶質(zhì)為H2SO3和NaHSO3，c(H+)=10-5mol/L，根據(jù)SO32-+H+HSO3-平衡常數(shù)K= =Ka2=1.25 l0-6，可以求得；

②觀察圖形可知，左側(cè)氫離子放電發(fā)生還原反應(yīng)為陰極，右側(cè)發(fā)生氧化反應(yīng)為陽(yáng)極，HSO3-失去電子變成SO42-；

（1）CH4和S的燃燒熱分別為890.3kJ/mol和297.2kJ/mol，可知熱化學(xué)方程式：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H＝890.3kJ/mol①；S(s)+O2(g)=SO2(g) △H＝297.2kJ/mol②；根據(jù)蓋斯定律，將①-②×2可得CH4(g)+2SO2(g)=CO2(g)+2S(s)+2H2O(l)的反應(yīng)熱；△H＝295.9kJ/mol，故答案為：CH4(g)+2SO2(g)=CO2(g)+2S(s)+2H2O(l)△H＝295.9kJ/mol；

（2）①根據(jù)圖1可知，在300℃時(shí)，SO2和H2反應(yīng)生成H2S，在100℃到200℃時(shí)，H2S和SO2反應(yīng)生成S和水；故0t1時(shí)間段溫度為300℃；故答案為：H2S；300℃；

②根據(jù)分析可知，SO2和H2最終反應(yīng)生成S和水，故化學(xué)方程式為：2H2＋SO2S＋2H2O；故答案為： 2H2＋SO2S＋2H2O

（3）①根據(jù)圖象可知，升高溫度，SO2的轉(zhuǎn)化率降低，即平衡左移，此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H<0，故答案為：<；

②由于點(diǎn)a的二氧化硫的轉(zhuǎn)化率為90%，故有：

2C(s)+2SO2(g)S2(g)+2CO2(g)

初始(c)：1mol/L 0 0

轉(zhuǎn)化(c)：0.9mol/L 0.45mol/L 0.9mol/L
平衡(c)：0.1mol/L 0.45mol/L 0.9mol/L
故平衡常數(shù)K===36.45，故答案為：36.45；

（4）根據(jù)反應(yīng)SO32-+H2O+SO2=2HSO3-可知當(dāng)溶液pH降至5時(shí)，溶液中的溶質(zhì)為H2SO3和NaHSO3，c(H+)=10-5mol/L，根據(jù)SO32-+H+HSO3-平衡常數(shù)K= =Ka2=1.25×l0-6，解得1/8；故答案為1/8；

（5）觀察圖形可知，左側(cè)氫離子放電發(fā)生還原反應(yīng)為陰極，右側(cè)發(fā)生氧化反應(yīng)為陽(yáng)極，HSO3-失去電子變成SO42-，電極方程式為：HSO3- - 2e- + H2O = SO42- + 3H+；故答案為：HSO3- - 2e- + H2O = SO42- + 3H+。