Question

【題目】SO2是危害最為嚴(yán)重的大氣污染物之一，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。催化還原SO2不僅可以消除SO2污染，而且可得到有價(jià)值的單質(zhì)S。

（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H2O。已知CH4和S的燃燒熱分別為890.3kJ/mol和297.2kJ/mol，CH4和SO2反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為________________。

（2）用H2還原SO2生成S的反應(yīng)分兩步完成，如圖1所示，該過程中相關(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____________(寫化學(xué)式)，0～t1時(shí)間段的溫度為_________________，0～t1時(shí)間段用SO2 表示的化學(xué)反應(yīng)速率為________________________________。

②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)，恒容容器中，lmol/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ΔH_______________0 （填“＞”或“＜”）。

②計(jì)算a點(diǎn)的平衡常數(shù)為_______________________。

（4）工業(yè)上可用Na2SO3溶液吸收SO2，該反應(yīng)的離子方程式為__________________________，25℃時(shí)用1mol/L的Na2SO3溶液吸收SO2，當(dāng)溶液pH=7時(shí)，溶液中各離子濃度的大小關(guān)系為__________________。已知：H2SO3的電離常數(shù)K1=1.3×10-2，K2=6.2×10-8

Answer 1

【答案】 CH4 (g)+2SO2 (g)=== CO2 (g)+2S (s)+2H2O(l) △H=-295.9 kJ/mol H2S 300℃ 2×10-3/t1 mol/(L· min) 2H2+SO2 S+2H2O ＜ 36.45 mol/L SO32- +SO2 + H2O === 2HSO3- c(Na+)＞c(HSO3-)＞c(SO32-)＞c(H+)=c(OH-)

【解析】（1）已知CH4和S的燃燒熱分別為890.3kJ/mol和297.2kJ/mol，則有

①CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) △H=-890.3 kJ/mol

②S(s)+O2(g)===SO2(g) △H=-297.2 kJ/mol

根據(jù)蓋斯定律可知①－②×2即得到CH4和SO2反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為CH4(g)+2SO2(g)===CO2(g)+2S(s)+2H2O(l) △H=-295.9 kJ/mol。

（2）①氫氣與二氧化硫反應(yīng)生成X，X與SO2反應(yīng)生成S，反應(yīng)中X是還原劑，則X為H2S。0～t1時(shí)間段內(nèi)主要是生成X，則反應(yīng)的溫度為300℃，0～t1時(shí)間段二氧化硫濃度減少0.002mol/L，則用SO2表示的化學(xué)反應(yīng)速率為0.002mol/L÷t1min＝2×10-3/t1mol/(L·min)。②根據(jù)原子守恒可知反應(yīng)中還有水生成，則總反應(yīng)的化學(xué)方程式為2H2+SO2S+2H2O。（3）①達(dá)到平衡后，升高溫度二氧化硫的轉(zhuǎn)化率降低，說(shuō)明平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，該反應(yīng)的ΔH＜0。②a點(diǎn)SO2的轉(zhuǎn)化率是0.9，消耗二氧化硫是0.9mol/L，生成CO2是0.9mol/L，S2(g)是0.45mol/L，剩余SO2是0.1mol/L，因此該溫度下的平衡常數(shù)為＝36.45。（4）工業(yè)上可用Na2SO3溶液吸收SO2，該反應(yīng)的離子方程式為SO32-+SO2+H2O===2HSO3-；25℃時(shí)用1mol/L的Na2SO3溶液吸收SO2，當(dāng)溶液pH=7時(shí)，溶質(zhì)是亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉的混合溶液，根據(jù)亞硫酸的第二步電離常數(shù)可知，因此溶液中各離子濃度的大小關(guān)系為c(Na+)＞c(HSO3-)＞c(SO32-)＞c(H+)=c(OH-)。