题目内容
【题目】中国尿素合成塔(尿塔)使用寿命仅为欧美国家的1/4。为此北京钢铁研究院对某尿塔腐蚀过程进行研究,得出下列腐蚀机理:
(1)H2S来自合成尿素的天然气。在380K、体积为2L的密闭容器中,存在反应:H2(g)+S(s)H2S(g) △H=+21.6 kJ·mol-1。反应达到平衡时,H2、S、H2S的物质的量均为3 mol。
①380K时该反应的化学平衡常数为__________。
②下列对该反应分析正确的是_________(填序号)。
(2)反应II的化学方程式为:____________________________________。
(3)已知室温下H2S2O3:K1=2.2×10-1,K2=2.5×10-2。
①Na2S2O3水溶液中电荷守恒式为___________________________;
②反应IV的化学方程式_____________________________________。该反应_________(填“能”或“不能”)说明FeS溶解性强于FeS2O3。
(4)此尿塔的最终腐蚀产物为__________________。为了有效防腐,北钢建议该尿塔在生产中用CuSO4溶液“脱硫(H2S)”,离子反应方程式为_________。(室温下,H2S:K1=1.3×10-7、K2=7.1×10-15。CuS:Ksp=6.3×10-36)
【答案】1 ab 4FeS+7O2=2Fe2O3+4SO2 c(Na+)+c(H+)=2c(S2O32-)+c(HS2O3-)+c(OH-) FeS+H2S2O3=H2S↑+FeS2O3 不能 Fe2O3、FeS2O3 Cu2++H2S=CuS↓+2H+
【解析】
根据平衡常数的公式进行计算,固体不带入;该反应正反应是吸热反应,温度升高平衡向正反应移动;增大压强平衡不移动,但容器体积减小,硫化氢的浓度增大;升高温度反应速率加快;增大硫化氢的浓度,等效为增大压强;根据反应流程图可知,反应II主要反应物有O2、FeS,主要产物有SO2、Fe2O3,再根据得失电子守恒配平方程;反应II和反应IV的最终产物是Fe2O3、FeS2O3,硫化氢与硫酸铜反应生成硫化铜沉淀与硫酸,相当于强制弱的反应。
(1) ①根据平衡常数的公式进行计算,固体不带入,故该反应的平衡常数K= =
=1,②该反应正反应是吸热反应,温度升高平衡向正反应移动,平衡常数增大,图象与实际相符合;增大压强平衡不移动,但容器体积减小,硫化氢的浓度增大;升高温度反应速率加快,图象中正反应速率不变;增大硫化氢的浓度,等效为增大压强,平衡不移动,各组分的含量不变,图象与实际不相符;H2S2O3属于弱酸,该溶液中存在的离子有Na+、H+、S2O32-、HS2O3-、OH-;反应IV的主要反应物有H2S2O3、FeS,主要产物有H2S、FeS2O3;
故答案为:1;ab;
(2)根据反应流程图可知,反应II主要反应物有O2、FeS,主要产物有SO2、Fe2O3,再根据得失电子守恒配平方程,可得:4FeS+7O2=2Fe2O3+4SO2;
故答案为:4FeS+7O2=2Fe2O3+4SO2;
(3)电荷守恒:溶液中所有正离子的电荷数等于所有阴离子的负电荷数,由电离平衡常数可知,H2S2O3属于弱酸,该溶液中存在的离子有Na+、H+、S2O32-、HS2O3-、OH-,故有电荷守恒:c(Na+)+c(H+)=2c(S2O32-)+c(HS2O3-)+c(OH-);根据反应流程图可知,反应IV的主要反应物有H2S2O3、FeS,主要产物有H2S、FeS2O3,可以写出反应IV的化学方程式为:FeS+H2S2O3=H2S↑+FeS2O3学;该反应属于复分解反应,不能说明二者的溶解度大小;
故答案为:c(Na+)+c(H+)=2c(S2O32-)+c(HS2O3-)+c(OH-); FeS+H2S2O3=H2S↑+FeS2O3;不能;
(4)由流程图可知,反应II和反应IV的最终产物是Fe2O3、FeS2O3,故此尿塔的最终腐蚀产物为为Fe2O3、FeS2O3;硫化氢与硫酸铜反应生成硫化铜沉淀与硫酸,相当于强制弱的反应,反应离子方程式为:Cu2++H2S=CuS↓+2H+;
故答案为:Fe2O3、FeS2O3;Cu2++H2S=CuS↓+2H+。
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