Question

工業(yè)上由FeS₂制H₂SO₄的轉(zhuǎn)化關(guān)系如下：

填寫下列空白：
（1）已知吸收塔中每40gSO₃氣體被水完全吸收生成液態(tài)硫酸放出65.15kJ，寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式______；
（2）接觸室內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)為：
SO₂（g）+O₂（g）  SO₃（g）△H=a kJ?mol^-1
下表為不同溫度（T）下該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)（K）：

T/K	673	723	823	923
K	423	37.4	20.5	4.68

①根據(jù)上表數(shù)據(jù)及化學(xué)平衡理論，上述反應(yīng)中a______0（填“＞”或“＜”）；
②K值越大，表明反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)______（填標(biāo)號(hào)）．
A．SO₂的轉(zhuǎn)化率一定越高 B．SO₃的產(chǎn)量一定越大
C．正反應(yīng)進(jìn)行得越完全   D．化學(xué)反應(yīng)速率越大
（3）考慮綜合經(jīng)濟(jì)效益，當(dāng)爐渣含鐵量大于45%時(shí)，可用于制硫酸亞鐵等．下列利用爐渣里的Fe₂O₃制FeSO₄的方案中，最能體現(xiàn)綠色化學(xué)理念的方案是______（填標(biāo)號(hào)）；
A．Fe₂O₃FeFeSO₄；B．Fe₂O₃Fe₂（SO₄）₃FeSO₄；C．Fe₂O₃FeFeSO₄
（4）為了探究接觸室里催化劑顆粒（粗顆粒和細(xì)顆粒），反應(yīng)的溫度（673K和723K），反應(yīng)的壓強(qiáng)（101Kpa和1010Kpa）對(duì)反應(yīng)速率的影響，通過變換這些實(shí)驗(yàn)條件，至少需要完成______個(gè)實(shí)驗(yàn)然后進(jìn)行對(duì)比得出結(jié)論；
（5）為實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保、節(jié)能減排和廢物利用等目的，某硫酸廠用碳酸鈣作吸收劑與水配成漿液，洗滌尾氣（SO₂的體積分?jǐn)?shù)為0.200%）并吸收SO₂，得到石膏．求：22.4m³（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）的尾氣可制得石膏______千克；（取兩位有效數(shù)字）（設(shè)二氧化硫的利用率為80.0% ）
（6）科學(xué)家研究出以圖所示裝置用電化學(xué)原理生產(chǎn)硫酸的新工藝，其陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為______，總反應(yīng)的化學(xué)方程式為______．

Answer 1

【答案】分析：（1）熱化學(xué)方程式書寫要求標(biāo)明各物質(zhì)的狀態(tài)、熱量用△H表示、放熱用符號(hào)“-”、吸熱用符號(hào)“+”、單位為kJ/mol，各物質(zhì)前的計(jì)量數(shù)表示物質(zhì)的量，注意熱量隨著計(jì)量數(shù)而改變；
（2）化學(xué)平衡常數(shù)，是指在一定溫度下，可逆反應(yīng)達(dá)到平衡，這時(shí)各生成物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積所得的比值是個(gè)常數(shù)，用K表示，這個(gè)常數(shù)叫化學(xué)平衡常數(shù)；
化學(xué)平衡常數(shù)表示反應(yīng)進(jìn)行的程度．化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，吸熱反應(yīng)平衡常數(shù)隨溫度升高而增大，放熱反應(yīng)則相反；
（3）綠色化學(xué)是指設(shè)計(jì)沒有或者只有盡可能小的環(huán)境負(fù)作用并且在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上可行的化學(xué)品和化學(xué)過程．它是實(shí)現(xiàn)污染預(yù)防的基本的和重要的科學(xué)手段；
（4）反應(yīng)速率的影響條件有濃度、壓強(qiáng)、溫度、催化劑、反應(yīng)物顆粒大小等．抓住溫度一定時(shí)改變壓強(qiáng)或壓強(qiáng)一定時(shí)改變溫度去進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究反應(yīng)速率；
（5）根據(jù)題意，緊抓硫元素守恒分析解題；
（6）電解原理：使電流通過電解質(zhì)溶液，而在陰、陽(yáng)兩極引起氧化還原反應(yīng)的過程．陽(yáng)極是還原劑發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極是氧化劑發(fā)生還原反應(yīng)．分析出氧化劑、還原劑，結(jié)合電解質(zhì)溶液，正確書寫出電極反應(yīng)．
解答：解：（1）40gSO₃氣體物質(zhì)的量為0.5mol，生成液態(tài)硫酸放出65.15kJ，
則1molSO₃氣體被水完全吸收生成液態(tài)硫酸放出130.3kJ熱量，
熱化學(xué)方程式為：SO₃（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）△H=-130.3kJ/mol，
故答案為：SO₃（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）△H=-130.3kJ/mol；
（2）①化學(xué)平衡常數(shù)的大小可以表示反應(yīng)進(jìn)行的程度．化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，吸熱反應(yīng)平衡常數(shù)隨溫度升高而增大，放熱反應(yīng)則相反．根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知：隨溫度升高平衡常數(shù)減小，說明正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，放熱反應(yīng)△H＜0，
故SO₂（g）+O₂（g）  SO₃（g）△H=a kJ?mol^-1 反應(yīng)中a＜0，為負(fù)值．
故答案為：＜；
②A．化學(xué)平衡常數(shù)的大小可以表示反應(yīng)進(jìn)行的程度．K值越大，表明反應(yīng)進(jìn)行的程度越大，而反應(yīng)進(jìn)行的程度越大，并不意味SO₂的轉(zhuǎn)化率一定越高，故A不正確；
B．K值越大，表明反應(yīng)進(jìn)行的程度越大，而反應(yīng)進(jìn)行的程度越大，并不意味SO₃的產(chǎn)量一定越大，產(chǎn)量還取決與反應(yīng)物的投料量等因素．故B不正確；
C．化學(xué)平衡常數(shù)的大小可以表示反應(yīng)進(jìn)行的程度．K值越大，表明反應(yīng)進(jìn)行的程度越大，正反應(yīng)進(jìn)行得越完全．故C正確；
D．化學(xué)平衡常數(shù)的大小可以表示反應(yīng)進(jìn)行的程度．不表示反應(yīng)的快慢，與化學(xué)反應(yīng)速率無關(guān)．故D不正確；
故答案為：C； 
（3）A．Fe₂O₃ 與CO反應(yīng)需要高溫，消耗大量能量，然后Fe與濃硫酸反應(yīng)時(shí)有二氧化硫放出，污染環(huán)境，不符合綠色化學(xué)理念．故A不正確；
B．Fe₂O₃ +3H₂SO₄ ═Fe₂（SO₄）₃ +3H₂O，F(xiàn)e₂（SO₄）₃ +Fe═3FeSO₄，反應(yīng)中無污染物產(chǎn)生，最能體現(xiàn)綠色化學(xué)理念的方案．故B正確；
C．Fe與濃硫酸反應(yīng)時(shí)有二氧化硫放出，污染環(huán)境，不符合綠色化學(xué)理念．故C不正確；
故答案為：B；
（4）

實(shí)驗(yàn)序號(hào)	催化劑顆粒大小	溫度（K）	壓強(qiáng)（KPa）
1	粗顆粒	673	101Kpa增大到1010Kpa
2	細(xì)顆粒	673	101Kpa增大到1010Kpa
3	粗顆粒	673K增大到723K	101Kpa
4	細(xì)顆粒	673K增大到723K	101Kpa

第一組和第二組保持溫度不變，逐步增大壓強(qiáng)，對(duì)比催化劑粗顆粒與細(xì)顆粒對(duì)反應(yīng)速率的影響，
第三組和第四組保持壓強(qiáng)不變，逐步升高溫度，對(duì)比催化劑粗顆粒與細(xì)顆粒對(duì)反應(yīng)速率的影響，
所以通過變換這些實(shí)驗(yàn)條件，至少需要完成4個(gè)實(shí)驗(yàn)然后進(jìn)行對(duì)比才能得出結(jié)論，
故答案為：4； 
（5）設(shè)可制得石膏物質(zhì)的量為x，
22.4m³（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）的尾氣物質(zhì)的量為：=1000mol，
尾氣中SO₂的體積分?jǐn)?shù)為0.200%，得SO₂物質(zhì)的量為：1000mol×0.200%=2mol，二氧化硫的利用率為80.0%，
反應(yīng)方程式為：CaCO₃+SO₂+H₂O═CaSO₃+CO₂↑+H₂O、2CaSO₃+O₂+4H₂O═2CaSO₄?2H₂O，
根據(jù)硫元素守恒得：SO₂ ～CaSO₄?2H₂O
                 1mol        1mol
              2mol×80.0%     x
解得：x=1.6mol，
則石膏的質(zhì)量為：1.6mol×172g/mol=275.2g≈0.28Kg，
故答案為：0.28；
（6）電解池中陽(yáng)極是還原劑發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極是氧化劑發(fā)生還原反應(yīng)．根據(jù)題意可知：通入二氧化硫的電極為陽(yáng)極，通入氧氣的電極為陰極，陽(yáng)極反應(yīng)：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺，陰極反應(yīng)：O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O，陰、陽(yáng)電極反應(yīng)合并得總反應(yīng)為：2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄．
故答案為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺、2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄．
點(diǎn)評(píng)：本題涉及電解法制硫酸很有新意，能夠加深對(duì)電解原理的理解，同時(shí)涉及到化學(xué)平衡常數(shù)K、化學(xué)平衡常數(shù)的影響條件、熱化學(xué)方程式、綠色化學(xué)理念、反應(yīng)速率的影響條件比較、電化學(xué)原理等廣泛內(nèi)容，需要對(duì)知識(shí)的全面掌握，難度較大．