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【題目】SO2是危害最為嚴重的大氣污染物之一,SO2的含量是衡量大氣污染的一個重要指標。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,而且可得到有價值的單質S。

(1)在復合組分催化劑作用下,CH4可使SO2轉化為S,同時生成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反應的熱化學方程式為________________。

(2)用H2還原SO2生成S的反應分兩步完成,如圖1所示,該過程中相關物質的物質的量濃度隨時間的變化關系如圖2所示:

①分析可知X為____________(寫化學式),0~t1時間段的溫度為_________________,0~t1時間段用SO2 表示的化學反應速率為________________________________。

②總反應的化學方程式為_______________________________。

(3)焦炭催化還原SO2生成S2,化學方程式為:2C(s)+2SO2(g)S2(g)+2CO2(g),恒容容器中,lmol/LSO2與足量的焦炭反應,SO2的轉化率隨溫度的變化如圖3所示。

①該反應的ΔH_______________0 (填“>”或“<”)。

②計算a點的平衡常數為_______________________

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

【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CH4S的燃燒熱分別為890.3kJ/mol297.2kJ/mol,則有

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

S(s)+O2(g)===SO2(g) △H=-297.2 kJ/mol

根據蓋斯定律可知①-②×2即得到CH4SO2反應的熱化學方程式為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生成XXSO2反應生成S,反應中X是還原劑,則XH2S。0t1時間段內主要是生成X,則反應的溫度為300℃,0t1時間段二氧化硫濃度減少0.002mol/L,則用SO2表示的化學反應速率為0.002mol/L÷t1min2×10-3/t1mol/(L·min)。②根據原子守恒可知反應中還有水生成,則總反應的化學方程式為2H2+SO2S+2H2O。(3)①達到平衡后,升高溫度二氧化硫的轉化率降低,說明平衡向逆反應方向進行,該反應的ΔH0。②aSO2的轉化率是0.9,消耗二氧化硫是0.9mol/L,生成CO20.9mol/L,S2(g)是0.45mol/L,剩余SO20.1mol/L,因此該溫度下的平衡常數為36.45。(4)工業(yè)上可用Na2SO3溶液吸收SO2,該反應的離子方程式為SO32-+SO2+H2O===2HSO3-25℃時用1mol/LNa2SO3溶液吸收SO2,當溶液pH=7時,溶質是亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉的混合溶液,根據亞硫酸的第二步電離常數可知,因此溶液中各離子濃度的大小關系為c(Na+)>c(HSO3-)>c(SO32-)>c(H+)=c(OH-)。

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A. B點時c(X) >c(Na+)

B. 室溫時0.01 mol·L-1的HX溶液pH=6

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實驗序號

I

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實驗現象

紫色變淺(pH1),生成棕褐色沉淀(MnO2

溶液呈淡黃色(pH8),生成淺粉色沉淀(MnS

資料: i.MnO4-在強酸性條件下被還原為Mn2+,在近中性條件下被還原為MnO2

ii.單質硫可溶于硫化鈉溶液,溶液呈淡黃色。

下列說法正確的是

A. 根據實驗可知,Na2S被還原

B. 取實驗I中少量溶液進行實驗,檢測到有SO42-,得出S2-被氧化成SO42-

C. 實驗I中反應離子方程式: 2MnO4-+3Mn2++2H2O=5MnO2↓+4H+

D. 實驗II 中反應結束后溶液呈淡黃色,有MnO2生成

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