题目内容

6．低浓度SO2废气的处理是工业难题，目前常用的两种方法如下：
方法Ⅰ（图1）：

（1）反应器中发生反应：3H2（g）+SO2（g）?H2S（g）+2H2O（g）
①H2S的稳定性比H2O弱（填“强”或“弱”），原因是氧和硫元素处于同主族，从上到下，原子半径逐渐增大，得电子能力减弱，元素的非金属性减弱．
②SO2的平衡转化率随温度（T）、压强（P）的变化如图2所示，随温度升高，化学平衡常数K的变化趋势是减小．比较P1和P2的大小关系P2＞P1，请简述理由当温度一定时，增大压强3H2（g）+SO2（g）?H2S（g）+2H2O（g）平衡正向移动，SO2的转化率增大．
（2）工业上先用二乙醇胺吸收H2S，然后在再生塔中加热分解重新获得H2S，主要目的是富集H2S（获得高浓度H2S）．
（3）燃烧室内，1mol H2S气体完全燃烧生成固态硫磺及气态水，释放a kJ能量，其热化学方程式为2H2S（g）+O2（g）=2S（s）+2H2O（g）△H=-2a kJ/mol．
方法Ⅱ（图4）：
（4）Na2SO3溶液吸收SO2的化学方程式是Na2SO3+SO2+H2O=2NaHSO3．
（5）通过电解法可分离NaHSO3与Na2SO3混合物，实现Na2SO3的循环利用，示意图如图3：简述分离NaHSO3与Na2SO3混合物的原理阳极2H2O-4e-=4H++O2↑，c（H+）增大，H+由a室经阳离子交换膜进入b室，H+与SO32-结合生成HSO3-，Na2SO3转化为NaHSO3．阴极2H+-2e-=H2↑，导致HSO3-?H++SO32-正向移动，Na+从b室进入c室，NaHSO3转化为Na2SO3．

分析 （1）①分子晶体的稳定性与中心原子的非金属性有关，同主族元素，从上到下，原子半径逐渐增大，得电子能力减弱，非金属性减弱；
②平衡常数指各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值，化学平衡常数只与温度有关，3H2（g）+SO2（g）?H2S（g）+2H2O（g），随着温度的升高，二氧化硫的平衡转化率减小，化学平衡常数K的变化趋势是减小，比较P1和P2的大小关系，需当温度一定时进行比较；
（2）工业上先用二乙醇胺吸收H2S，然后在再生塔中加热分解重新获得H2S，主要目的是去除杂质，获得高浓度H2S；
（3）根据热化学方程式书写方法写出热化学方程式，标注物质聚集状态和对应反应的焓变；
（4）Na2SO3水溶液吸收SO2生成酸式盐NaHSO3；
（5）电解法可分离NaHSO3与Na2SO3混合物，阳极发生氧化反应，失去电子生成氧气，氢离子和亚硫酸根离子反应生成亚硫酸氢根离子，阴极发生还原反应生成氢气，导致HSO3-?H++SO32-正向移动，NaHSO3转化为Na2SO3．

解答 解：（1）①氧和硫元素处于同主族，从上到下，原子半径逐渐增大，得电子能力减弱，非金属性减弱，所以稳定性：H2O＞H2S，
故答案为：弱；氧和硫元素处于同主族，从上到下，原子半径逐渐增大，得电子能力减弱；
②3H2（g）+SO2（g）?H2S（g）+2H2O（g），二氧化硫为反应物，图示压强一定，随温度升高，二氧化硫的平衡转化率减小，所以化学平衡常数K的变化趋势是减小，当温度一定时，增大压强3H2（g）+SO2（g）?H2S（g）+2H2O（g）平衡正向移动，SO2的转化率增大，从图示可知，同温度下，P2的SO2的转化率增大，所以P2＞P1，
故答案为：减小；P2＞P1；当温度一定时，增大压强3H2（g）+SO2（g）?H2S（g）+2H2O（g）平衡正向移动，SO2的转化率增大；
（2）生成的硫化氢气体中含有水蒸气，二乙醇胺能吸收H2S，不吸收水蒸气，然后在再生塔中加热分解重新获得H2S，主要目的是富集H2S（获得高浓度H2S），
故答案为：富集H2S（获得高浓度H2S）；
（3）1mol H2S气体完全燃烧生成固态硫磺及气态水，释放a kJ能量，2mol H2S气体完全燃烧生成固态硫磺及气态水，释放2akJ能量，放热，△H＜0，所以其热化学方程式为2H2S（g）+O2（g）=2S（s）+2H2O（g）△H=-2akJ/mol，
故答案为：2H2S（g）+O2（g）=2S（s）+2H2O（g）△H=-2akJ/mol；
（4）Na2SO3水溶液吸收SO2生成NaHSO3，反应为Na2SO3+SO2+H2O=2NaHSO3，故答案为：Na2SO3+SO2+H2O=2NaHSO3；
（5）通过电解法可分离NaHSO3与Na2SO3混合物，阳极2H2O-4e-=4H++O2↑，c（H+）增大，H+由a室经阳离子交换膜进入b室，H+与SO32-结合生成HSO3-，Na2SO3转化为NaHSO3．阴极2H++2e-=H2↑，导致HSO3-?H++SO32-正向移动，Na+从b室进入c室，NaHSO3转化为Na2SO3，实现Na2SO3的循环利用，
故答案为：阳极2H2O-4e-=4H++O2↑，c（H+）增大，H+由a室经阳离子交换膜进入b室，H+与SO32-结合生成HSO3-，Na2SO3转化为NaHSO3．阴极2H+-2e-=H2↑，导致HSO3-?H++SO32-正向移动，Na+从b室进入c室，NaHSO3转化为Na2SO3．

点评 本题考查了有关二氧化硫的性质，涉及化学平衡、反应热的计算、电解有关知识，根据题干信息结合有关知识解答，题目难度中等．

练习册系列答案
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16．CH3OH是重要的化工原料，工业上用CO与H2在催化剂作用下合成CH3OH，其反应为：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）．按n（CO）：n（H2）=1：2向密闭容器中充入反应物，测得平衡时混合物中CH3OH的体积分数在不同压强下随温度的变化如图所示．下列说法中，正确的是（　　）
A．P1＜P2B．该反应的△H＞0
C．平衡常数：K（A）=K（B）D．在C点时，CO转化率为75%
17．下列关于物质性质的比较，不正确的是（　　）
A．酸性强弱：HIO4＜HBrO4＜HClO4B．原子半径大小：Na＞O＞S
C．碱性强弱：KOH＞NaOH＞LiOHD．金属性强弱：Na＞Mg＞Al
14．氨对人类的生产生活具有重要影响．
（1）氨的制备与利用．
①工业合成氨的化学方程式是N2+3H2$\frac{\underline{\;\;催化剂\;\;}}{高温高压}$2NH3．
②氨催化氧化生成一氧化氮反应的化学方程式是4NH3+5O2$\frac{\underline{催化剂}}{△}$4NO+6H2O．
（2）氨的定量检测．
水体中氨气和铵根离子（统称氨氮）总量的检测备受关注．利用氨气传感器检测水体中氨氮含量的示意图如下：

①利用平衡原理分析含氨氮水样中加入NaOH溶液的作用：c（OH-）增大，使NH4++OH-?NH3•H2O?NH3+H2O平衡正向移动，利于生成氨气，被空气吹出．
②若利用氨气传感器将1L水样中的氨氮完全转化为N2时，转移电子的物质的量为6×10-4mol•L-1，则水样中氨氮（以氨气计）含量为3.4mg•L-1．
（3）氨的转化与去除．
微生物燃料电池（MFC）是一种现代化氨氮去除技术．下图为MFC碳氮联合同时去除的氮转化系统原理示意图．
①已知A、B两极生成CO2和N2的物质的量之比为5：2，写出A极的电极反应式：CH3COO--8e-+2H2O═2CO2+7H+．
②用化学用语简述NH4+去除的原理：NH4+在好氧微生物反应器中转化为NO3-：NH4++2O2═NO3-+2H++H2O，NO3-在MFC电池正极转化为N2：2NO3-+12H++10e-═N2+6H2O．
1．硫酸亚铁铵[（NH4）2Fe（SO4）2•6H2O]是分析化学中重要的试剂，学习小组探究其分解产物．
（1）甲组按照图1所示的装置进行实验，关闭止水夹并加热A中的硫酸亚铁铵固体至分解完全，检验其分解产物．

①装置B仪器名称是干燥管，所放试剂是碱石灰．
②装置C中可观察到的现象是溶液由无色变红色，由此可知硫酸亚铁铵的分解产物中有NH3．（写化学式）
（2）乙组选用甲组实验中的装置A和图2所示的装置进行实验验证硫酸亚铁铵分解的产物中还有SO2和SO3．
①乙组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序（用装置的字母表示）为A、DHEGF；取适量硫酸亚铁铵固体于A中，通入一段时间N2后，关闭止水夹再点燃酒精灯，通入N2的目的是排尽装置中的空气（或O2），防止对SO2的验证产生干扰．
②装置H中有白色沉淀，则证明分解产物中有SO3；G中发生反应的离子方程式为SO2+2H2O2+Ba2+=BaSO4↓+H2O+2H+．
（3）丙组将一定量的硫酸亚铁铵在500℃时隔绝空气加热一段时间后检验其固体产物，请设计实验证明：此固体产物不含二价铁：取少量固体于试管中，加稀硫酸溶解，再滴入KMnO4溶液，KMnO4溶液不褪色．
11．随着科技的进步，合理利用资源、保护环境成为当今社会关注的焦点．
（1）为了提高煤的燃烧效率，常采取的措施是将煤转化为清洁气体燃料--水煤气．
已知：H2（g）+1/2O2（g）═H2O（g）△H1=-241.8kJ•mol-1．
C（s）+1/2O2 （g）═CO（g）△H2=-110.5kJ•mol-1
则焦炭与水蒸气反应生成水煤气的热化学方程式为C（s）+H2O（g）═CO（g）+H2（g）；△H=+13l.30kJ•mol-1．
（2）工业上利用水煤气合成甲醇燃料，反应为CO（g）+2H2（g） $\stackrel{催化剂}{?}$CH3OH（g）△H＜0．在一定条件下，将l mol CO和2mol H2通入密闭容器中进行反应，当改变某一外界条件（温度或压强）时，CH3OH的体积分数φ（CH3OH）变化趋势如图1所示：

①平衡时，M点CH3OH的体积分数为10%．则CO的转化率为25%．
②X轴上a点的数值比b点小（填“大”或“小”）．Y轴表示温度（填“温度”或“压强”），判断的理由是随着Y值的增加，CH3OH的体积分数φ（CH3OH）减小，平衡逆向移动，故Y表示温度．
（3）在一定温度下，将2mol CO和4mol也充入某恒容密闭容器中发生反应：CO（g）+2H2（g） $\stackrel{催化剂}{?}$CH3OH（g），达到平衡时测得CO的转化率为50%，已知反应初始时容器的容积为2L，则该温度下，反应的平衡常数K=1．
（4）在合成水煤气时会产生一定量的CO2，在强酸性电解质溶液中，用惰性电极电解可使CO2转化成乙烯，如图2所示．电解时阴极的电极反应式为2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O．当阳极产生l mol气体时，则阳极溶液的质量减轻36 g．
18．（一）Fenton法常用于处理含有难降解有机物的工业废水，通常是在调节好pH和Fe2+浓度的废水中加入H2O2，所产生的羟基自由基能氧化降解污染物．现运用该方法降解有机污染物p-CP，探究有关因素对该降解反应速率的影响．实验中控制p-CP的初始浓度相同，恒定实验温度在298K或313K下设计如下对比实验（其余实验条件见下表）：
实验序号实验目的T/KpHc/10-3mol•L-1
H2O2Fe2+
①为以下实验作参照物29836.00.30
②探究温度对降解反应速率的影响31336.00.30
③298106.00.30
（1）编号③的实验目的是探究pH对降解速率的影响．
（2）实验测得不同实验编号中p-CP的浓度随时间变化的关系如图所示．请根据实验①曲线，计算降解反应在50-300s内的平均反应速率v（p-CP）=4.8×10-6mol•L-1•s-1．
（3）实验①②表明，温度与该降解反应速率的关系是温度越高，降解反应速率越快．
（二）已知Fe3+和I-在水溶液中的反应为2I-+2Fe3+=2Fe2++I2．正向反应速率和I-、Fe3+的浓度关系为v=kcm（I-）cn（Fe3+）（k为常数）
（4）请分析下表提供的数据回答以下问题：
c（I-）/（mol•L-1）c（Fe3+）/（mol•L-1）v/（mol•L-1•s-1）
（1）0.200.800.032k
（2）0.600.400.144k
（3）0.800.200.128k
①在v=kcm（I-）cn（Fe3+）中，m、n的值为C．（选填A、B、C、D）
A．m=1，n=1        B．m=1，n=2       C．m=2，n=1    D．m=2，n=2
②I-浓度对反应速率的影响＞Fe3+浓度对反应速率的影响（填“＜”、“＞”或“=”）．
（三）一定温度下，反应FeO（s）+CO（g）?Fe（s）+CO2（g）的化学平衡常数为3.0，该温度下将2mol FeO、4mol CO、5mol Fe、6mol CO2加入容积为2L的密闭容器中反应．请通过计算回答：
（5）v（正）＞v（逆）（填“＞”、“＜”或“=”）；若将5mol FeO、4mol CO加入同样的容器中，在相同温度下达到平衡，则CO的平衡转化率为75%．
15．氮的固定意义重大，氮肥的大面积使用提高了粮食产量．
（1）目前人工固氮有效且有意义的方法是N2+3H2$\frac{\underline{\;\;催化剂\;\;}}{高温高压}$2NH3（用一个化学方程式表示）．
（2）自然界发生的一个固氮反应是N2（g）+O2（g）$\frac{\underline{\;放电\;}}{\;}$2NO（g），已知N2、O2、NO三种分子中化学键断裂所吸收的能量依次为946kJ•mol-1、498kJ•mol-1、632kJ•mol-1，则该反应的△H=+180kJ•mol-1．
（3）恒压100kPa时，反应2NO（g）+O2（g）?2NO2（g）中NO的平衡转化率与温度的关系曲线如图1，反应2NO2（g）?N2O4（g）中NO2的平衡转化率与温度的关系曲线如图2．
①图1中A、B、C三点表示不同温度、压强下2NO（g）+O2（g）?2NO2（g）达到平衡时NO的转化率，则B点对应的压强最大．
②恒压100kPa、25℃时，2NO2（g）?N2O4（g）平衡体系中N2O4的物质的量分数为66.7%，列式计算平衡常数Kp=$\frac{100kpa×66.7%}{[100kpa×（1-66.7%）]^{2}}$．（Kp用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数）
（4）室温下，用注射器吸入一定量NO2气体，将针头插入胶塞密封，然后迅速将气体体积压缩为原来的一半并使活塞固定，此时手握针筒有热感，继续放置一段时间．从活塞固定时开始观察，气体颜色逐渐变浅（填“变深”或“变浅”），原因是活塞固定时2NO2（g）?N2O4（g）已达平衡状态，因反应是放热反应，放置时气体温度下降，平衡向正反应方向移动，NO2浓度降低．[已知2NO2（g）?N2O4（g）在几微秒内即可达到化学平衡]．
4．某化学兴趣小组在一次实验探究中发现，向草酸溶液中逐滴加入酸性高锰酸钾溶液时，溶液褪色先慢后快，即反应速率由小变大．小组成员为此“异常”现象展开讨论，猜想造成这种现象的最可能原因有两种，并为此设计实验进行探究验证．
猜想Ⅰ：此反应过程放热，温度升高，反应速率加快；
猜想Ⅱ：…．
【实验目的】探究草酸与高锰酸钾反应的速率变化“异常”原因
【实验用品】仪器：试管、胶头滴管、量筒、药匙、玻璃棒等；
试剂：0.1mol/L H2C2O4溶液、0.05mol/L KMnO4（硫酸酸化）溶液等．
请你根据该兴趣小组的实验探究设计思路，补充完整所缺内容．
（1）草酸（H2C2O4，弱酸）与酸性KMnO4溶液反应的离子方程式为5H2C2O4+2MnO4-+6H+=10CO2↑+2Mn2++8H2O
（2）要完成对猜想Ⅰ的实验验证，至少还需要一种实验仪器是温度计
（3）猜想Ⅱ可是：生成的Mn2+在反应中起到催化剂的作用，加快了反应速率
要设计实验验证猜想Ⅱ，进行该实验还要补充一种试剂及一种仪器，分别是MnSO4（S）、秒表
（4）基于猜想Ⅱ成立，设计方案进行实验，请完成以下实验记录表内容．
试管A试管B
加入试剂
实验现象（褪色时间）
结论猜想Ⅱ正确

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