Question

7．高硫煤脫硫分為燃燒前、燃燒中及燃燒后脫硫．
（1）燃燒前脫硫：可用生物脫硫法，即在酸性環(huán)境下，有些種類的細(xì)菌能利用空氣將Fe²⁺氧化成Fe³⁺而獲得能量，F(xiàn)e³⁺再與煤中的FeS₂（Fe為+2價）反應(yīng)使硫轉(zhuǎn)化為硫酸根離子而去除．寫出生物脫硫法的離子方程式4H⁺+4Fe²⁺+O₂═4Fe³⁺+2H₂O，8H₂O+FeS₂+14Fe³⁺═15Fe²⁺+16H⁺+2SO₄^2-．
（2）燃燒中脫硫：通過加入石灰石，在燃燒過程中將硫元素以CaSO₄的形式固定，從而降低SO₂的排放．已知鈣的燃燒熱635kJ•mol^-1，硫的燃燒熱297kJ•mol^-1、硫酸鈣的生成焓△H=-1434kJ•mol^-1（即由1molCa（s）、1molS（s）、2molO₂（g）生成1molCaSO₄（s）的△H值），則CaO（s）+SO₂（g）+1/2O₂（g）═CaSO₄（s），△H=-502kJ•mol^-1．
（3）燃燒后脫硫：以Na₂SO₃溶液作為吸收液，利用鈉堿循環(huán)法脫除煙氣中的SO₂．圖一中橫坐標(biāo)為pH，縱坐標(biāo)X（i）為各含硫微粒占所有含硫微粒的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)．
①已知某次吸收液中n（SO₃^2-）：n（HSO₃^-）=10：1，則溶液的pH=8.18．
②當(dāng)吸收液的pH約為6時，需電解再生．原理如圖二所示．
Ⅰ．Pt（I）電極反應(yīng)式2H⁺+2e^-═H₂↑．
Ⅱ．H₂SO₄濃度，a%與b%的大小關(guān)系為a%＜b%．

（4）取10.00g干煤在1350℃以上的空氣中充分燃燒，其中硫元素轉(zhuǎn)化為SO₂和少量的SO₃（g），氯元素轉(zhuǎn)化為HCl，產(chǎn)生的氣體用適量的雙氧水吸收，所得溶液稀釋至1000.0mL，每次取10.00mL用0.1000mol•L^-1NaOH溶液進(jìn)行滴定，滴定后的溶液加入適量的羥基氰化汞〔Hg（OH）CN〕，[發(fā)生反應(yīng)：NaCl+Hg（OH）CN═Hg（Cl）CN+NaOH]再用H₂SO₄滴定，平均消耗15.55mLNaOH溶液和1.25×10^-5mol的H₂SO₄．該煤中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為24.48%．

Answer 1

分析 （1）用空氣中的氧氣將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，F(xiàn)e³⁺再與煤中的FeS₂（Fe為+2價）反應(yīng)生成二價鐵離子和硫酸根離子，據(jù)此書寫；
（2）根據(jù)鈣的燃燒熱635kJ•mol^-1，硫的燃燒熱297kJ•mol^-1、硫酸鈣的生成焓△H=-1434kJ•mol^-1，則有
①Ca（s）+1/2O₂（g）═CaO（s），△H=-635kJ•mol^-1，
②S（s）+O₂（g）═SO₂（g），△H=-297kJ•mol^-1，
③Ca（s）+S（s）+2O₂（g）═CaSO₄（s），△H=-1434kJ•mol^-1，
由蓋斯定律③-②-①計(jì)算得到；
（3）①根據(jù)吸收液中n（SO₃^2-）：n（HSO₃^-）=10：1，則HSO₃^-占所有含硫微粒的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為$\frac{1}{1+10}$=0.09，結(jié)合圖象分析；
②Ⅰ．根據(jù)電解裝置圖，Pt（I）電極為氫離子得電子生成氫氣；
Ⅱ．根據(jù)電解裝置圖，Pt（Ⅱ）電極為亞硫酸根失電子生成硫酸根；
（4）根據(jù)消耗1.25×10^-5mol的H₂SO₄計(jì)算與鹽酸反應(yīng)消耗的氫氧化鈉溶液，再根據(jù)消耗15.55mLNaOH溶液計(jì)算與煤中硫形成的硫酸消耗的氫氧化鈉，最后根據(jù)2NaOH+H₂SO₄=Na₂SO₄+2H₂O結(jié)合硫守恒計(jì)算煤中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：（1）用空氣中的氧氣將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，反應(yīng)的離子方程式為：4H⁺+4Fe²⁺+O₂═4Fe³⁺+2H₂O，生成的Fe³⁺再與煤中的FeS₂（Fe為+2價）反應(yīng)生成二價鐵離子和硫酸根離子，離子方程式為：8H₂O+FeS₂+14Fe³⁺═15Fe²⁺+16H⁺+2SO₄^2-，故答案為：4H⁺+4Fe²⁺+O₂═4Fe³⁺+2H₂O，8H₂O+FeS₂+14Fe³⁺═15Fe²⁺+16H⁺+2SO₄^2-；
（2）根據(jù)鈣的燃燒熱635kJ•mol^-1，硫的燃燒熱297kJ•mol^-1、硫酸鈣的生成焓△H=-1434kJ•mol^-1，則有
①Ca（s）+1/2O₂（g）═CaO（s），△H=-635kJ•mol^-1，
②S（s）+O₂（g）═SO₂（g），△H=-297kJ•mol^-1，
③Ca（s）+S（s）+2O₂（g）═CaSO₄（s），△H=-1434kJ•mol^-1，
由蓋斯定律③-②-①得CaO（s）+SO₂（g）+1/2O₂（g）═CaSO₄（s），△H=-1434kJ•mol^-1+297kJ•mol^-1+635kJ•mol^-1=-502kJ•mol^-1，
故答案為：-502；
（3）①因?yàn)槲�收液中n（SO₃^2-）：n（HSO₃^-）=10：1，則HSO₃^-占所有含硫微粒的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為$\frac{1}{1+10}$=0.09，結(jié)合圖象HSO₃^-占所有含硫微粒的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為0.09時，溶液的pH約為8.18，故答案為：8.18；
②Ⅰ．由電解裝置圖，Pt（I）電極為氫離子得電子生成氫氣，反應(yīng)式為：2H⁺+2e^-═H₂↑；故答案為：2H⁺+2e^-═H₂↑；
Ⅱ．由電解裝置圖，Pt（Ⅱ）電極為亞硫酸根失電子生成硫酸根，則電解硫酸增多，所以排出的b%硫酸濃度大于加入的a%硫酸濃度；
故答案為：a%＜b%；
（4）根據(jù)煤在1350℃以上的空氣中充分燃燒，其中硫元素轉(zhuǎn)化為SO₂和少量的SO₃（g），氯元素轉(zhuǎn)化為HCl，產(chǎn)生的氣體用適量的雙氧水吸收，則硫元素全部轉(zhuǎn)化成硫酸，再由NaOH+HCl=NaCl+H₂O，NaCl+Hg（OH）CN═Hg（Cl）CN+NaOH，用H₂SO₄滴定消耗1.25×10^-5mol的H₂SO₄，又2NaOH+H₂SO₄=Na₂SO₄+2H₂O，則與鹽酸反應(yīng)消耗的氫氧化鈉為1.25×10^-5mol×2=2.5×10^-5mol，所以與煤中硫形成的硫酸消耗的氫氧化鈉為0.1000×0.01555mol-2.5×10^-5mol=0.00153mol，則根據(jù)硫守恒10.00g干煤硫的質(zhì)量為$\frac{0.00153mol}{2}$×$\frac{1000}{10}$×32=2.448g，
所以該煤中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{2.448g}{10.00g}$×100%=24.48%，故答案為：24.48%．

點(diǎn)評 本題考查了工業(yè)脫硫的基本原理，考查方程式的書寫、蓋斯定律的應(yīng)用、電解池的原理以及滴定法計(jì)算，綜合性強(qiáng)，難度較大，注意從圖表中獲取信息，結(jié)合物質(zhì)的性質(zhì)解答．