Question

【题目】硫酸工业和合成氨工业是衡量一个国家工业发展水平的重要指标，下图是硫酸工业和合成氨工业联合生产示意图：

回答下列问题：

(1)已知：

4Fe(s)+3O2(g)=2Fe2O3(s) △H=akJ/mol

SO2 (g)=S(s)+O2(g)△H=bkJ/mol

Fe(s)+2S(s)=Fe2S(s)△H=ckJ/mol

沸腾炉中主要反应的热化学方程式为____。

(2)如果生产过程中H2的总转化率为90%，FeS2的总转化率为95%，氨与硫酸生成硫酸铵的转化率为100%，则最初FeS2和H2的物质的量之比为 ___。

(3)在一定条件下，分别向体积相同的恒容密闭容器甲，乙、丙中通入一定量的N2、H2或 NH3，发生反应：N2 (g)+3H2=2NH3 (g)，相关数据如下：

①乙中NH3的转化率为 ___，丙中x的取值范围为 ___。

②在t1时升高甲容器的温度，至t2时再次达到平衡，测得t2时 混合气体的平均摩尔质量比tl时小。请在图中画出tl～t2 时间段正反应速率的变化示意图______________。

(4)尾气中含有SO2，直接排放会造成环境污染，可用Fe2(SO4)3 溶液吸收。某科研团队对pH、c(Fe3+)、温度等因素对SO2最 高吸收率的影响进行研究，结果如图：

40℃时SO2的最高吸收率随pH、c(Fe3+)的增大而 __，其原因是 ___；温度高于 40℃后，SO2的最高吸收率随温度的升高而减小，其原因是____。

Answer 1

【答案】4FeS2(s)＋11O2(g)=2Fe2O3(s)＋8SO2(g) △H=(a－8b－4c)kJ·mol－1 3：19 60% 1.6<x<4 增大 吸收过程中，发生2Fe3＋＋SO2＋2H2O2Fe2＋＋SO42－＋4H＋，c(Fe3＋)、pH增大，平衡向正反应方向移动 温度升高，Fe3＋水解程度越大，c(Fe3＋)减小、c(H＋)增大，平衡2Fe3＋＋SO2＋2H2O2Fe2＋＋SO42－＋4H＋向逆反应方向移动，SO2的最高吸收率减小

【解析】

（1）①4Fe(s)+3O2(g)=2Fe2O3(s) ，②SO2 (g)=S(s)+O2(g)，③Fe(s)+2S(s)=Fe2S(s)，沸腾炉中发生的反应式4FeS2＋11O2=2Fe2O3＋8SO2，①－8×②－④×③，△H=(a－8b－4c)kJ·mol－1，其热化学反应方程式为4FeS2(s)＋11O2(g)=2Fe2O3(s)＋8SO2(g) △H=(a－8b－4c)kJ·mol－1；

（2）合成氨N2＋3H22NH3，产生NH3的物质的量为2×n(H2)×90%/3mol，制备硫酸建立的关系是FeS2～2SO2～2SO3～2H2SO4，产生硫酸的物质的量为2×n(FeS2)×95%mol，制备硫酸铵的反应方程式为2NH3＋H2SO4=(NH4)2SO4，因为得到硫酸铵是转化率为100%，因此有2×n(H2)×90%/3mol：2×n(FeS2)×95%mol=2：1，n(FeS2):n(H2)=3:19；

（3）①在温度、体积一定的条件下，甲、乙两容器中形成等效平衡，因此α(N2)甲＋α(NH3)乙=1，α(N2)甲=0.8mol/(2×1)×100%=40%，则α(NH3)乙=60%；丙容器相当于将两个甲容器加压缩小为一个甲容器，加压时，该平衡向正反应方向移动，因此丙中x的范围是1.6<n(NH3)<4；

②t1时升高温度，v正增大，升高温度，平均摩尔质量减小，说明该平衡向逆反应方向移动，N2、H2浓度增大，因此t1－t2时间段v正持续增大，图像为；

（4）由图可知，随着c(Fe3＋)、pH的增大，SO2的最高吸收率增大；Fe3＋具有强氧化性，能将SO2氧化成SO42－，离子方程式为2Fe3＋＋SO2＋2H2O2Fe2＋＋SO42－＋4H＋，c(Fe3＋)、pH增大，平衡向正反应方向移动；由温度关系图可知，在40℃时，SO2的最高吸收率最大，温度高于40℃后，温度升高，SO2的最高吸收率减小，只能是有关物质浓度改变所致，温度升高，Fe3＋水解程度越大，c(Fe3＋)减小、c(H＋)增大，平衡2Fe3＋＋SO2＋2H2O2Fe2＋＋SO42－＋4H＋向逆反应方向移动，SO2的最高吸收率减小。