Question

18．H₂S和SO₂会对环境和人体健康带来极大的危害，工业上采取多种方法减少这些有害气体的排放，回答下列方法中的问题．
Ⅰ．H₂S的除去
方法1：生物脱H₂S的原理为：
H₂S+Fe₂（SO₄）₃═S↓+2FeSO₄+H₂SO₄
4FeSO₄+O₂+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;硫杆菌\;}}{\;}$2Fe₂（SO₄）₃+2H₂O
（1）硫杆菌存在时，FeSO₄被氧化的速率是无菌时的5×10⁵倍，该菌的作用是降低反应活化能．
（2）由图1和图2判断使用硫杆菌的最佳条件为30℃、pH=2.0．若反应温度过高，反应速率下降，其原因是蛋白质变性（或硫杆菌失去活性）．

方法2：在一定条件下，用H₂O₂氧化H₂S
（3）随着参加反应的n（H₂O₂）/n（H₂S）变化，氧化产物不同．当n（H₂O₂）/n（H₂S）=4时，氧化产物的分子式为H₂SO₄．
Ⅱ．SO₂的除去
方法1（双碱法）：用NaOH吸收SO₂，并用CaO使NaOH再生
NaOH溶液$?_{②CaO}^{①SO_{2}}$Na₂SO₃溶液
（4）写出过程①的离子方程式：2OH^-+SO₂=SO₃^2-+H₂O；CaO在水中存在如下转化：
CaO（s）+H₂O （l）═Ca（OH）₂（s）?Ca²⁺（aq）+2OH^-（aq）
从平衡移动的角度，简述过程②NaOH再生的原理SO₃^2-与Ca²⁺生成CaSO₃沉淀，平衡向正向移动，有NaOH生成．
方法2：用氨水除去SO₂
（5）已知25℃，NH₃•H₂O的K_b=1.8×10^-5，H₂SO₃的K_a1=1.3×10^-2，K_a2=6.2×10^-8．若氨水的浓度为2.0mol•L^-1，溶液中的c（OH^-）=6.0×10^-3mol•L^-1．将SO₂通入该氨水中，当c（OH^-）降至1.0×10^-7 mol•L^-1时，溶液中的c（SO₃^2-）/c（HSO₃^-）=0.62．

Answer 1

分析 （1）硫杆菌存在时，FeSO₄被氧化的速率是无菌时的5×10⁵倍，说明硫杆菌做反应的催化剂加快反应速率；
（2）从图象中分析可知，使用硫杆菌的最佳条件是亚铁离子氧化速率最大时，反应温度过高，反应速率下降是因为升温使蛋白质发生变性；
（3）当n（H₂O₂）/n（H₂S）=4时，结合氧化还原反应电子守恒，4H₂O₂～4H₂O～8e^-，电子守恒得到H₂S变化为+6价化合物；
（4）过程①是二氧化硫和氢氧化钠溶液反应生成亚硫酸钠和水；过程②NaOH再生是平衡CaO（s）+H₂O （l）═Ca（OH）₂（s）?Ca²⁺（aq）+2OH^-（aq）正向进行；氢氧根离子浓度增大；
（5）NH₃•H₂O的K_b=1.8×10^-5，若氨水的浓度为2.0mol•L^-1，可结合K_b=$\frac{c（N{{H}_{4}}^{+}）c（O{H}^{-}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$计算c（OH^-），H₂SO₃的K_a2=6.2×10^-8，结合K_a2=$\frac{c（S{{O}_{3}}^{2-}）c（{H}^{+}）}{c（HS{{O}_{3}}^{-}）}$计算c（SO₃^2-）/c（HSO₃^-）．

解答 解：（1）4FeSO₄+O₂+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;硫杆菌\;}}{\;}$2Fe₂（SO₄）₃+2H₂O，硫杆菌存在时，FeSO₄被氧化的速率是无菌时的5×10⁵倍，该菌的作用是做催化剂降低反应的活化能，
故答案为：降低反应活化能（或作催化剂）；
（2）从图象中分析可知，使用硫杆菌的最佳条件是亚铁离子氧化速率最大时，需要的温度和溶液PH分别为：30℃、pH=2.0，反应温度过高，反应速率下降是因为升温使蛋白质发生变性，催化剂失去生理活性，
故答案为：30℃、pH=2.0； 蛋白质变性（或硫杆菌失去活性）；
（3）当$\frac{n（{H}_{2}{O}_{2}）}{n（{H}_{2}S）}$=4时，结合氧化还原反应电子守恒，4H₂O₂～4H₂O～8e^-，电子守恒得到H₂S变化为+6价化合物，H₂S～H₂SO₄～8e^-，氧化产物的分子式为H₂SO₄，
故答案为：H₂SO₄ ；
（4）过程①是二氧化硫和氢氧化钠溶液反应生成亚硫酸钠和水，反应的离子方程式为：2OH^-+SO₂=SO₃^2-+H₂O，过程②加入CaO，存在CaO（s）+H₂O （l）═Ca（OH）₂（s）?Ca²⁺（aq）+2OH^-（aq），因SO₃^2-与Ca²⁺生成CaSO₃沉淀，平衡向正向移动，有NaOH生成，
故答案为：2OH^-+SO₂=SO₃^2-+H₂O；SO₃^2-与Ca²⁺生成CaSO₃沉淀，平衡向正向移动，有NaOH生成；
（5）NH₃•H₂O的K_b=1.8×10^-5，若氨水的浓度为2.0mol•L^-1，由K_b=$\frac{c（N{{H}_{4}}^{+}）c（O{H}^{-}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$可知c（OH^-）=$\sqrt{1.8×1{0}^{-5}×2}$mol/L=6.0×10^-3mol/L，
当c（OH^-）降至1.0×10^-7 mol•L^-1时，c（H⁺）=1.0×10^-7 mol•L^-1，H₂SO₃的K_a2=6.2×10^-8，由K_a2=$\frac{c（S{{O}_{3}}^{2-}）c（{H}^{+}）}{c（HS{{O}_{3}}^{-}）}$可知c（SO₃^2-）/c（HSO₃^-）=$\frac{6.2×1{0}^{-8}}{1×1{0}^{-7}}$=0.62，
故答案为：6.0×10^-3；0.62．

点评 本题考查较为综合，涉及弱电解质的电离以及二氧化硫的污染和治理，为高考常见题型和高频考点，侧重考查学生的分析能力和计算能力，注意把握题给信息的分析，掌握电离平衡常数的运用，难度中等．