Question

10．研究大气中含硫化合物（主要是SO₂和H₂S）的转化对环境保护具有重要意义．
（1）SO₂的大量排放会引起严重的环境问题是酸雨，潮湿条件下，写出大气中SO₂转化为HSO₃^-的方程式SO₂+H₂O?H₂SO₃；H₂SO₃?H⁺+HSO₃^-．
（2）土壤中的微生物可将大气中H₂S经两步反应氧化成SO₄^2-，两步反应的能量变化示意图1如下：
1mol H₂S（g）全部氧化成SO₄^2-（aq）的热化学方程式为H₂S（g）+2O₂（g）=SO₄^2-（aq）+2H⁺（aq）△H=-806.39kJ•mol^-1．
（3）SO₂是工业制硫酸的原料气体之一，一定温度下，向容积为2L的密闭容器中充入一定量的SO₂和O₂，发生反应：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），过程中测定的部分数据见表：

时间/min	n（SO2）/mol	n（O2）/mol
0	0.10	0.050
4	0.050	0.025
5	0.040
8		0.020

①反应在0～4min内的平均速率为v（SO₂）=6.25×10^-3mol/（L•min）；
②此温度下该反应的化学平衡常数K=225（mol/L），
③8min时，维持温度不变，往反应容器中再通入0.020mol SO₂（g），0.010mol O₂（g），重新达到平衡时混合气体中SO₂的百分含量将减小（填“减小”，“增大”或“不变”）．（4）将H₂S 和空气的混合气体通入FeCl₃、FeCl₂、CuCl₂的混合溶液中反应回收S，其物质转化如图2所示：
①在温度一定和不补加溶液的条件下，缓慢通入混合气体，并充分搅拌．欲使生成的硫单质中不含CuS，可采取的措施有通入足量的空气．
②一般来说，如果一个反应的平衡常数大于10⁵，通常认为反应进行得较完全；相反，如果一个反应的平衡常数小于10^-5，则认为这个反应很难进行．已知常温下各物质的溶度积及电离平衡常数：
CuS：K_sp=6.3×10^-36；H₂S：K _a1=1.3×10^-7，K _a2=7.1×10^-15，
通过计算说明反应CuS（s）+2H⁺ （aq）=Cu²⁺（aq）+H₂S（aq）进行的程度反应很难进行．

Answer 1

分析 （1）SO₂的大量排放会形成酸雨，二氧化硫为酸性氧化物与水生成亚硫酸，亚硫酸为弱电解质，部分电离产生氢离子与亚硫酸氢根离子；
（2）由图可知，第一步热化学反应为：H₂S（g）+0.5O₂（g）=S（s）+H₂O（g）△H=-221.19 kJ•mol^-1；
第二步反应为：S（s）+1.5O₂（g）+H₂O（g）=2H⁺（aq）+SO4^2-（aq））△H=-585.20 kJ•mol^-1；
依据盖斯定律计算反应热；
（3）①0-4min二氧化硫物质的量变化为0.10mol-0.050mol=0.050mol，反应速率v=$\frac{△c}{△t}$；
②结合图表数据，5min时n（O₂）=$\frac{0.10mol-0.04mol}{2}$=0.03mol，剩余氧气物质的量=0.05mol-0.03mol=0.02mol，6min时氧气物质的量为0.02mol，说明5分钟反应达到平衡状态，结合化学平衡三行计算列式计算平衡浓度，平衡常数=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$；
③计算此时浓度商和平衡常数比较分析判断平衡进行方向；
（4）根据使生成的硫单质中不含CuS，则硫离子不能有剩余，硫离子完全被氧化为硫单质进行分析；反应CuS（s）+2H⁺ （aq）=Cu²⁺（aq）+H₂S（aq），反应的平衡常数K=$\frac{c（C{u}^{2+}）c（{H}_{2}S）}{{c}^{2}（{H}^{+}）}$=$\frac{c（C{u}^{2+}）c（{S}^{2-}）c（{H}_{2}S）c（H{S}^{-}）}{c（{S}^{2-}）c（{H}^{+}）c（H{S}^{-}）c（{H}^{+}）}$=$\frac{Ksp（CuS）}{K{a}_{1}K{a}_{2}}$；

解答 解：（1）SO₂的大量排放会引起严重的环境问题是形成酸雨，二氧化硫为酸性氧化物与水生成亚硫酸，亚硫酸为弱电解质，部分电离产生氢离子与亚硫酸氢根离子，离子方程式：SO₂+H₂O?H₂SO₃；H₂SO₃?H⁺+HSO₃^-，
故答案为：酸雨；SO₂+H₂O?H₂SO₃；H₂SO₃?H⁺+HSO₃^-；
（2）由图可知，第一步热化学反应为：H₂S（g）+0.5O₂（g）=S（s）+H₂O（g）△H=-221.19 kJ•mol^-1；
第二步反应为：S（s）+1.5O₂（g）+H₂O（g）=2H⁺（aq）+SO4^2-（aq））△H=-585.20 kJ•mol^-1；
依据盖斯定律，第一步与第二步方程式相加得：H₂S（g）+2O₂（g）=SO₄^2-（aq）+2H⁺（aq）△H=-806.39 kJ•mol^-1；
故答案为：H₂S（g）+2O₂（g）=SO₄^2-（aq）+2H⁺（aq）△H=-806.39 kJ•mol^-1 ；
（3）①0-4min二氧化硫物质的量变化为0.10mol-0.050mol=0.050mol，反应速率v=$\frac{\frac{0.050mol}{2L}}{4min}$=6.25×10^-3mol/（L•min），故答案为：6.25×10^-3mol/（L•min）；
②结合图表数据，5min时n（O₂）=$\frac{0.10mol-0.04mol}{2}$=0.03mol，剩余氧气物质的量=0.05mol-0.03mol=0.02mol，6min时氧气物质的量为0.02mol，说明5分钟反应达到平衡状态，结合化学平衡三行计算列式计算平衡浓度，5min时，
                         2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），
起始量（mol）    0.1            0.05             0
变化量（mol）  0.06             0.03           0.06
平衡量（mol）   0.04           0.02             0.06
平衡常数=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$=$\frac{（\frac{0.06}{2}）^{2}}{（\frac{0.04}{2}）^{2}×\frac{0.02}{2}}$=225（mol/L）
故答案为：225（mol/L）；
③8min时，维持温度不变，往反应容器中再通入0.020mol SO₂（g），0.010mol O₂（g），Qc=$\frac{（\frac{0.06}{2}）^{2}}{（\frac{0.04+0.02}{2}）^{2}\frac{（0.02+0.01）}{2}}$=$\frac{200}{3}$=66.67＜K，反应正向进行，平衡移动程度小重新达到平衡时混合气体中SO₂的百分含量将减小，故答案为：减小；
（4）①使生成的硫单质中不含CuS，则硫离子不能有剩余，硫离子完全被氧化为硫单质，所以氧气必须过量，采取的措施是：增大混合气体中空气的比例，通入足量的空气，
故答案为：通入足量的空气；
②反应CuS（s）+2H⁺ （aq）=Cu²⁺（aq）+H₂S（aq），反应的平衡常数K=$\frac{c（C{u}^{2+}）c（{H}_{2}S）}{{c}^{2}（{H}^{+}）}$=$\frac{c（C{u}^{2+}）c（{S}^{2-}）c（{H}_{2}S）c（H{S}^{-}）}{c（{S}^{2-}）c（{H}^{+}）c（H{S}^{-}）c（{H}^{+}）}$=$\frac{Ksp（CuS）}{K{a}_{1}K{a}_{2}}$=$\frac{6.3×1{0}^{-36}}{1.3×1{0}^{-7}×7.1×1{0}^{-15}}$=6.83×10^-15＜10^-5，反应很难进行，
故答案为：反应很难进行；

点评 本题考查了物质性质、热化学方程式书写、化学平衡计算、化学平衡常数和反应速率概念计算、影响平衡的因素判断，溶度积常数的计算等知识点，掌握基础是解题关键，题目难度中等．