Question

工业上由FeS₂制H₂SO₄的转化关系如下：

填写下列空白：
（1）已知吸收塔中每40gSO₃气体被水完全吸收生成液态硫酸放出65.15kJ，写出该反应的热化学方程式______；
（2）接触室内发生的反应为：
SO₂（g）+O₂（g）  SO₃（g）△H=a kJ?mol^-1
下表为不同温度（T）下该反应的化学平衡常数（K）：

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

①根据上表数据及化学平衡理论，上述反应中a______0（填“＞”或“＜”）；
②K值越大，表明反应达到平衡时______（填标号）．
A．SO₂的转化率一定越高 B．SO₃的产量一定越大
C．正反应进行得越完全   D．化学反应速率越大
（3）考虑综合经济效益，当炉渣含铁量大于45%时，可用于制硫酸亚铁等．下列利用炉渣里的Fe₂O₃制FeSO₄的方案中，最能体现绿色化学理念的方案是______（填标号）；
A．Fe₂O₃FeFeSO₄；B．Fe₂O₃Fe₂（SO₄）₃FeSO₄；C．Fe₂O₃FeFeSO₄
（4）为了探究接触室里催化剂颗粒（粗颗粒和细颗粒），反应的温度（673K和723K），反应的压强（101Kpa和1010Kpa）对反应速率的影响，通过变换这些实验条件，至少需要完成______个实验然后进行对比得出结论；
（5）为实现绿色环保、节能减排和废物利用等目的，某硫酸厂用碳酸钙作吸收剂与水配成浆液，洗涤尾气（SO₂的体积分数为0.200%）并吸收SO₂，得到石膏．求：22.4m³（标准状况下）的尾气可制得石膏______千克；（取两位有效数字）（设二氧化硫的利用率为80.0% ）
（6）科学家研究出以图所示装置用电化学原理生产硫酸的新工艺，其阳极的电极反应式为______，总反应的化学方程式为______．

Answer 1

【答案】分析：（1）热化学方程式书写要求标明各物质的状态、热量用△H表示、放热用符号“-”、吸热用符号“+”、单位为kJ/mol，各物质前的计量数表示物质的量，注意热量随着计量数而改变；
（2）化学平衡常数，是指在一定温度下，可逆反应达到平衡，这时各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值是个常数，用K表示，这个常数叫化学平衡常数；
化学平衡常数表示反应进行的程度．化学平衡常数只与温度有关，吸热反应平衡常数随温度升高而增大，放热反应则相反；
（3）绿色化学是指设计没有或者只有尽可能小的环境负作用并且在技术上和经济上可行的化学品和化学过程．它是实现污染预防的基本的和重要的科学手段；
（4）反应速率的影响条件有浓度、压强、温度、催化剂、反应物颗粒大小等．抓住温度一定时改变压强或压强一定时改变温度去进行对比实验研究反应速率；
（5）根据题意，紧抓硫元素守恒分析解题；
（6）电解原理：使电流通过电解质溶液，而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程．阳极是还原剂发生氧化反应，阴极是氧化剂发生还原反应．分析出氧化剂、还原剂，结合电解质溶液，正确书写出电极反应．
解答：解：（1）40gSO₃气体物质的量为0.5mol，生成液态硫酸放出65.15kJ，
则1molSO₃气体被水完全吸收生成液态硫酸放出130.3kJ热量，
热化学方程式为：SO₃（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）△H=-130.3kJ/mol，
故答案为：SO₃（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）△H=-130.3kJ/mol；
（2）①化学平衡常数的大小可以表示反应进行的程度．化学平衡常数只与温度有关，吸热反应平衡常数随温度升高而增大，放热反应则相反．根据表中数据可知：随温度升高平衡常数减小，说明正反应为放热反应，放热反应△H＜0，
故SO₂（g）+O₂（g）  SO₃（g）△H=a kJ?mol^-1 反应中a＜0，为负值．
故答案为：＜；
②A．化学平衡常数的大小可以表示反应进行的程度．K值越大，表明反应进行的程度越大，而反应进行的程度越大，并不意味SO₂的转化率一定越高，故A不正确；
B．K值越大，表明反应进行的程度越大，而反应进行的程度越大，并不意味SO₃的产量一定越大，产量还取决与反应物的投料量等因素．故B不正确；
C．化学平衡常数的大小可以表示反应进行的程度．K值越大，表明反应进行的程度越大，正反应进行得越完全．故C正确；
D．化学平衡常数的大小可以表示反应进行的程度．不表示反应的快慢，与化学反应速率无关．故D不正确；
故答案为：C； 
（3）A．Fe₂O₃ 与CO反应需要高温，消耗大量能量，然后Fe与浓硫酸反应时有二氧化硫放出，污染环境，不符合绿色化学理念．故A不正确；
B．Fe₂O₃ +3H₂SO₄ ═Fe₂（SO₄）₃ +3H₂O，Fe₂（SO₄）₃ +Fe═3FeSO₄，反应中无污染物产生，最能体现绿色化学理念的方案．故B正确；
C．Fe与浓硫酸反应时有二氧化硫放出，污染环境，不符合绿色化学理念．故C不正确；
故答案为：B；
（4）

实验序号	催化剂颗粒大小	温度（K）	压强（KPa）
1	粗颗粒	673	101Kpa增大到1010Kpa
2	细颗粒	673	101Kpa增大到1010Kpa
3	粗颗粒	673K增大到723K	101Kpa
4	细颗粒	673K增大到723K	101Kpa

第一组和第二组保持温度不变，逐步增大压强，对比催化剂粗颗粒与细颗粒对反应速率的影响，
第三组和第四组保持压强不变，逐步升高温度，对比催化剂粗颗粒与细颗粒对反应速率的影响，
所以通过变换这些实验条件，至少需要完成4个实验然后进行对比才能得出结论，
故答案为：4； 
（5）设可制得石膏物质的量为x，
22.4m³（标准状况下）的尾气物质的量为：=1000mol，
尾气中SO₂的体积分数为0.200%，得SO₂物质的量为：1000mol×0.200%=2mol，二氧化硫的利用率为80.0%，
反应方程式为：CaCO₃+SO₂+H₂O═CaSO₃+CO₂↑+H₂O、2CaSO₃+O₂+4H₂O═2CaSO₄?2H₂O，
根据硫元素守恒得：SO₂ ～CaSO₄?2H₂O
                 1mol        1mol
              2mol×80.0%     x
解得：x=1.6mol，
则石膏的质量为：1.6mol×172g/mol=275.2g≈0.28Kg，
故答案为：0.28；
（6）电解池中阳极是还原剂发生氧化反应，阴极是氧化剂发生还原反应．根据题意可知：通入二氧化硫的电极为阳极，通入氧气的电极为阴极，阳极反应：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺，阴极反应：O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O，阴、阳电极反应合并得总反应为：2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄．
故答案为：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺、2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄．
点评：本题涉及电解法制硫酸很有新意，能够加深对电解原理的理解，同时涉及到化学平衡常数K、化学平衡常数的影响条件、热化学方程式、绿色化学理念、反应速率的影响条件比较、电化学原理等广泛内容，需要对知识的全面掌握，难度较大．