Question

【題目】研究碳和硫的化合物的性質(zhì)，有助于合理控制溫室效應(yīng)、環(huán)境污染，并能進(jìn)行資源化利用，還可重新獲得燃料或重要工業(yè)產(chǎn)品。

I. (1)有科學(xué)家提出可利用FeO吸收和利用CO2，相關(guān)熱化學(xué)方程式如下：

6FeO(s) ＋CO2(g)===2Fe3O4(s)＋C(s) ΔH＝－76.0 kJ·mol－1

①上述反應(yīng)的還原產(chǎn)物為 ，每生成1 mol Fe3O4，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為________mol；

②已知：C(s) ＋2H2O(g)===CO2(g)＋2H2(g) ΔH＝＋113.4 kJ·mol－1，則反應(yīng)：

3FeO(s) ＋H2O(g)===Fe3O4(s)＋H2(g)的 ΔH＝________。

(2)在一定條件下，二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷的反應(yīng)如下：CO2(g)＋4H2(g) CH4(g)＋2H2O(g)。向一容積為2 L的恒容密閉容器中充入一定量的CO2和H2，在300℃時發(fā)生上述反應(yīng)，達(dá)到平衡時各物質(zhì)的濃度分別為CO2 0.2 mol·L－1，H2 0.8 mol·L－1，CH4 0.8 mol·L－1，H2O 1.6 mol·L－1。則300℃時上述反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝________。200℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝64.8，則該反應(yīng)的ΔH________(填“>”或“<”)0。

Ⅱ. SO2直接排放會對環(huán)境造成危害。SO2的尾氣處理通常有以下幾種方法：

(1)活性炭還原法

反應(yīng)原理：恒溫恒容時2C(s)＋2SO2(g)S2(g)＋2CO2(g)。

反應(yīng)進(jìn)行到不同時間測得各物質(zhì)的濃度如圖：

①0～20 min反應(yīng)速率表示為v(SO2)＝________；

②30 min時，改變某一條件平衡發(fā)生移動，則改變的條件最有可能是________；

③能說明上述反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是 。

a. SO2 的消耗速率與CO2 的生成速率相同 b. 混合氣體的密度不變

c. S2的濃度不變 d. SO2 與S2的物質(zhì)的量之比為2:1

(2)亞硫酸鈉吸收法

①Na2SO3溶液吸收SO2的離子方程式為__________________；

②常溫下，當(dāng)吸收至NaHSO3時，吸收液中相關(guān)離子濃度關(guān)系一定正確的是________(填序號)。

a．c(Na＋)＋c(H＋)>c(SO)＋c(HSO)＋c(OH－)

b．c(Na＋)＝c(SO)＋c(HSO)＋c(H2SO3)

c．c(Na＋)>c(HSO)>c(H＋)>c(SO)

d．水電離出c(H＋)＝1×10－8 mol/L

(3)電化學(xué)處理法

①如圖所示，Pt(Ⅰ)電極的電極反應(yīng)式為__________________；

②當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移0.02 mol e－時(較濃H2SO4尚未排出)，交換膜左側(cè)溶液中約增加________mol離子。

Answer 1

【答案】I. (1)① C, 2 ②＋18.7 kJ·mol－1

(2)25 <

Ⅱ.(1)①0.03 mol/(L·min) ②減少CO2的濃度 ③b.c

(2)①SO＋SO2＋H2O===2HSO

②abc

(3)①SO2－2e－＋2H2O===SO＋4H＋

②0.03

【解析】I. (1) ①根據(jù)化合價，碳元素化合價降低，上述反應(yīng)的還原產(chǎn)物為碳，碳的化合價變化2，每生成1 mol Fe3O4，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為2mol；

②根據(jù)熱化學(xué)方程式：6FeO(s) ＋CO2(g)===2Fe3O4(s)＋C(s) ΔH＝－76.0 kJ·mol－1

C(s) ＋2H2O(g)===CO2(g)＋2H2(g) ΔH＝＋113.4 kJ·mol－1

上式加下式除2得：3FeO(s) ＋H2O(g)===Fe3O4(s)＋H2(g)的 ΔH＝＋18.7 kJ·mol－1；

(2) 平衡常數(shù)K=[c（CH4）×c2（H2O）]/[ c（CO2）×c4（H2）]= 0.8×1.62/0.2×0.84=25；

200℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝64.8，溫度降低平衡常數(shù)增大，反應(yīng)為放熱反應(yīng)，ΔH<0。

Ⅱ. (1) ①0～20 min反應(yīng)速率表示為v(SO2)＝（1-0.4）/20=0.03 mol/(L·min)；

②30 min時，CO2的濃度減小，S2濃度增大，則改變的條件最有可能是減少CO2的濃度；

③由于反應(yīng)中有C(s)參加，能說明上述反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是：b. 混合氣體的密度不變、c. S2的濃度不變；

(2) ①Na2SO3溶液吸收SO2的離子方程式為：SO＋SO2＋H2O===2HSO；

②常溫下，當(dāng)吸收至NaHSO3時，a項，根據(jù)電荷守恒：c(Na＋)＋c(H＋)=2c(SO)＋c(HSO)＋c(OH－)，c(Na＋)＋c(H＋)>c(SO)＋c(HSO)＋c(OH－)正確；b項，物料守恒c(Na＋)＝c(SO)＋c(HSO)＋c(H2SO3)，正確；c項，c(Na＋)>c(HSO)>c(H＋)>c(SO)，正確；d項，不知道NaHSO3溶液的pH，無法判斷水電離出c(H＋)，錯誤。

(3) ①SO2轉(zhuǎn)化為硫酸，發(fā)生氧化反應(yīng)，是負(fù)極，電極反應(yīng)式為：SO2－2e－＋2H2O===SO＋4H＋；②當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移0.02 mol e－時，左側(cè)增加了0.05 mol離子，有0.02 mol H＋由左側(cè)轉(zhuǎn)移到右側(cè)，則實際增加0.03離子。