题目内容

【题目】硫的化合物是常用的化工原料,但也是大气的主要污染物。综合治理其污染是环境化学当前的重要研究内容之一。

(1)一定温度下,将NH4HS固体放入定容真空容器中,可部分分解为硫化氢和氨气:NH4HS(s)H2S(g)+NH3(g)

①可以判断上述分解反应已经达到化学平衡的是_____________(选填字母)

A. B.密闭容器中总压强不变

C.密闭容器中混合气体的密度不变 D.密闭容器中氨气的体积分数不变

②当上述反应达平衡时:p(NH3)×p(H2S)=a(Pa2),则平衡时容器中的总压为_______________Pa(用含a的代数式表示);(p(NH3)、p(H2S)分别代表NH3、H2S的压强,Pa为压强的单位)

③实验测得不同温度下的平衡数据列于下表:

温度(℃)

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

平衡气体总浓度(×10-3mol/L)

2.4

3.4

4.8

6.8

9.4

④NH4HS分解反应的焓变△H_________0(填“>”、“=”或“<”)

下图是上述反应过程中生成物浓度随时间变化的示意图。若t2时增大氨气的浓度且在t3时反应再次达到平衡,请在图上画出t2时刻后硫化氢、氨气的浓度随时间的变化曲线.(要有必要标注)____________


(2)一定温度下,反应2SO2+O22SO3,达到平衡时,n(SO2):n(O2):n(SO3)=2:3:4。缩小体积,反应再次达到平衡时,n(O2)=0.8mol,n(SO3)=1.4mol,此时SO2的物质的量应是____________。

(3)25℃,吸收液Na2SO3溶液在吸收SO2的过程中,pH随n(SO3- ):n(HSO3﹣)变化关系如下表:

n(SO32﹣):n(HSO3﹣)

91:9

1:1

1:91

pH

8.2

7.2

6.2

①当吸收液呈中性时,溶液中离子浓度关系正确的是:______(选填字母)

A.c(Na+)=2c(SO32- )+c(HSO3-)

B.c(Na+)> c(HSO3-)> c(SO32- )>c(H+)=c(OH-)

C.c(Na+)+c(H+)= c(SO32- )+ c(HSO3-)+c(OH-)

②当吸收液的pH降至约为6时,需送至电解槽再生。再生示意图如下,请写出HSO3- 在阳极放电的电极反应式是___________________。

(4)已知:CH4(g)+2O2(g) = CO2 (g) +2H2O (l) △H= - Q1 kJ/mol

2H2(g)+O2(g) = 2H2 O (g) △ H= - Q2 kJ/mol

2H2(g)+O2(g) =2H2 O (l) △ H= - Q3 kJ/mol,

常温下,取体积比4:1的甲烷和氢气的混合气体11.2L(标况),经完全燃烧恢复常温,放出的热为_______________________。

【答案】 BC > 0.4mol AB HSO3- -2e- +H2O = SO42- +3H+ 0.4 Q1 + 0.05Q3

【解析】(1)①A.因未指明速率的方向,无法确定正逆反应速率的关系,故A错误;B.该反应是气体体积增大的反应,故当容器内压强不变时,已达到平衡,故B正确;C.由于反应物是固体,没有达到平衡状态,气体质量会变化,容器体积不变,密度也会发生变化,所以密度不变,说明达到了平衡状态,故C正确;D.因反应物(NH2COONH4)是固体物质,所以密闭容器中NH3的体积分数始终不变,故D错误;故答案为:BC;

②NH4HS=NH3+H2S,由NH4HS分解的反应方程式可知:NH3与H2S的分压相同,故p硫化氢=p氨气=Pa,所以,平衡后的总压为p硫化氢+p氨气=2Pa,故答案为:2;

③从表中数据可以看出,随着温度升高,气体的总浓度增大,平衡正向移动,则该反应为吸热反应,△H>0,故答案为:>;

④t2时增大氨气的浓度,达到新平衡时,氨的浓度比原平衡的浓度要高,并且产生的氨气和硫化氢的量是相等的,所以NH3与H2S浓度的降低比例是相同的,即图象中的斜率相同,即,故答案为:

(2)反应平衡后SO2、O2、SO3的物质的量之比是2:3:4,保持其它条件不变,缩小体积达到新的平衡时,O2 、SO3的物质的量分别为0.8mol和1.4mol,产生SO3、O2的物质的量之比是1.4:0.8=1.75:1>4:3,说明缩小体积平衡向正反应方向移动,改变体积达到新的平衡时,SO3、O2的物质的量分别为1.4mol和0.8mol,说明缩小体积平衡向正反应方向移动,设改变体积后生成的SO3的物质的量为xmol,则:

2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)

xmol 0.5xmol xmol

故(1.4mol-xmol):(0.8mol+0.5xmol)=4:3,解得x=0.2,故原平衡时SO3的物质的量=1.4mol-0.2mol=1.2mol,则原平衡时SO2的物质的量=1.2mol×=0.6mol,故到达新平衡SO2的物质的量=0.6mol-0.2mol=0.4mol,故答案为:0.4 mol;

(3)①当溶液呈中性时,溶液中氢离子浓度等于氢氧根离子浓度,亚硫酸根离子浓度小于亚硫酸氢根离子浓度。A、溶液呈电中性,溶液中阴阳离子所带电荷相等,溶液呈中性时,溶液中氢离子浓度等于氢氧根离子浓度,所以c(Na+)=2c(SO32-)+c(HSO3-),故A正确;B、溶液呈中性时,溶液中氢离子浓度等于氢氧根离子浓度,亚硫酸氢根离子浓度大于亚硫酸根离子浓度,溶液中阴阳离子所带电荷相等,所以得c(Na+)>c(HSO3-)>c(SO32-)>c(H-)=c(OH-),故B正确;C、溶液呈电中性,溶液中阴阳离子所带电荷相等,得c(Na+)+c(H-)=2c(SO32-)+c(HSO3-)+c(OH-),故C错误;故选AB;

②当吸收液的pH降至约为6时,吸收液中阴离子主要是亚硫酸氢根离子,亚硫酸氢根离子在阳极上失电子和水反应生成硫酸根离子和氢离子,电极反应式为:HSO3-+H2O-2e-=SO42-+3H+,故答案为:HSO3-+H2O-2e-=SO42-+3H+;

(4)甲烷和氢气的混合气体11.2L(已折合成标准状况),所以甲烷和氢气的混合气体的总的物质的量为=0.5mol,甲烷和氢气的体积比为4:1,所以甲烷的物质的量为0.5mol×=0.4mol,氢气的物质的量为0.5mol-0.4mol=0.1mol。由CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l) △H=-Q1kJ/mol可知,0.4mol甲烷燃烧放出的热量为0.4mol×Q1kJ/mol=0.4Q1kJ;由2H2(g)+O2(g)═2H2O(l)△H=-Q3kJ/mol可知,0.1mol氢气燃烧生成液态水放出的热量为0.1mol××Q3kJ/mol=0.05Q3kJ,所以放出的热量为0.4Q1+0.05Q3,故答案为:0.4Q1+0.05Q3。

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