Question

17．硫在地壳中主要以硫化物、硫酸盐等形式存在，其单质和化合物在工农业生产中有着重要的应用．

（1）已知：重晶石（BaS0₄）高温煅烧可发生一系列反应，其中部分反应如下：
BaS0₄（s）+4C（s）═BaS（s）+4C0（g）△H=+571.2kJ•mol^-1
BaS（s）═Ba（s）+S（s）△H=+460kJ•mol^-1
已知：2C（s）+0₂（g）═2CO（g）△H=-221kJ•mol^-1
则：Ba（s）+S（s）+20₂（g）═BaS0₄（s）△H=-1473.2KJ•mol^-1．
（2）雌黄（As₂S₃）是提取砷的主要矿物原料．已知As₂S₃和HN0₃有如下反应：
As₂S₃+10H⁺+10NO₃^-═2H₃AsO₄+3S+10NO₂↑+2H₂O
当反应中转移电子的数目为2mol时，生成H₃As0₄的物质的量为0.4mol．
（3）向等物质的量浓度Na₂S、NaOH混合溶液中滴加稀盐酸至过量．其中主要含硫各物种（H₂S、HS^-、S^2-）的分布分数（平衡时某物种的浓度占各物种浓度之和的分数）与滴加盐酸体积的关系如图1所示（忽略滴加过程H₂S气体的逸出）．
含硫物种B表示HS^-．在滴加盐酸过程中，溶液中c（Na⁺）与含硫各物种浓度的大小关系为c（填字母）．
a．c（Na⁺）=c（H₂S）+c（HS^-）+2c（S^2-）
b.2c（Na⁺）=c（H₂S）+c（HS^-）+c（S^2-）
c．c（Na⁺）=3[c（H₂S）+c（HS^-）+c（S^2-）]
（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在图示的转化中，化合价变化的元素是O、Fe、S．
②反应中若消耗1molO₂时，保持溶液中Fe³⁺的物质的量不变，则转化成S的H₂S的物质的量为2mol．
（5）在油田大量产出的污水中，硫化物主要是以水中的S0₄^2-被硫酸盐还原菌（SRB）还原产生的S^2-形式存在，其反应机理如图3，请写出以甲烷为碳源时，S0₄^2-在SRB作用下还原为S^2-的离子反应方程式CH₄+SO₄^2-$\frac{\underline{\;SRB\;}}{\;}$S^2-+CO₂+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）已知：①BaSO₄（s）+4C（s）=BaS（s）+4CO（g）△H=+571.2kJ?mol^-1
②BaS（s）=Ba（s）+S（s）△H=+460kJ?mol^-1
③2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221kJ?mol^-1，
根据盖斯定律：③×2-①-②得方程式Ba（s）+S（s）+2O₂（g）=BaSO₄（s），据此计算．
（2）反应中As、S元素化合价升高，N原子化合价降低，根据N元素变化变化计算二氧化氮的物质的量，在结合方程式计算生成H₃AsO₄的物质的量；
（3）①向等物质的量浓度Na₂S、NaOH混合溶液中滴加稀盐酸，盐酸和氢氧化钠先反应，然后和硫化钠反应，NaHS的含量先增加后减少，最后转化为H₂S；
开始溶液中c（Na₂S）=c（NaOH），滴加过程中S元素存在形式有：H₂S、HS^-、S^2-，根据物料守恒可知c（Na⁺）=3c（S原子）；
（4）①硫化氢与铜离子反应得到CuS与氢离子，氧气将亚铁离子氧化铁为铁离子，铁离子将CuS氧化得到S；
②反应中若消耗1molO₂时，保持溶液中Fe³⁺的物质的量不变，整个过程相当于氧气将H₂S氧化为S，同时生成水，根据电子转移守恒计算H₂S的物质的量；
（5）由图中转化可知，甲烷与SO₄^2-在SRB作用下还原为S^2-的离子，同时生成二氧化碳与水，配平书写．

解答 解：（1）已知：①BaSO₄（s）+4C（s）=BaS（s）+4CO（g）△H=+571.2kJ?mol^-1
②BaS（s）=Ba（s）+S（s）△H=+460kJ?mol^-1
③2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221kJ?mol^-1，
根据盖斯定律：③×2-①-②得方程式Ba（s）+S（s）+2O₂（g）=BaSO₄（s）△H=（-221）×2-（+460）-（+571.2）=-1473.2KJ•mol^-1，
故答案为：-1473.2KJ•mol^-1；
（2）反应中As、S元素化合价升高，N原子化合价降低，由+5价降低为+4，故转移电子的数目为2mol时，生成二氧化氮为$\frac{2mol}{5-4}$=2mol，由方程式：As₂S₃+10H⁺+10NO₃^-═2H₃AsO₄+3S+10NO₂↑+2H₂O，可知生成H₃As0₄的物质的量为2mol×$\frac{2}{10}$=0.4mol，
故答案为：0.4mol；
（3）①向等物质的量浓度Na₂S、NaOH混合溶液中滴加稀盐酸，盐酸和氢氧化钠先反应，然后和硫化钠反应，NaHS的含量先增加后减少，最后转化为H₂S，A表示含硫微粒浓度减小为S^2-，B先增加后减少为HS^-，C浓度一直在增加为H₂S，故B表示HS^-；
向等物质的量浓度Na₂S、NaOH混合溶液中滴加稀盐酸，因体积相同，设Na₂S、NaOH各为1mol，则n（Na）=3n（S），溶液中含硫的微粒为HS^-、S^2-、H₂S，则c（Na⁺）=3[c（H₂S）+c（HS^-）+c（S^2-）]，故c正确；
故答案为：HS^-；c；
（4）①硫化氢与铜离子反应得到CuS与氢离子，氧气将亚铁离子氧化铁为铁离子，铁离子将CuS氧化得到S，图中O元素、Fe元素、S元素化合价发生变化，
故答案为：O、Fe、S；
②反应中若消耗1molO₂时，保持溶液中Fe³⁺的物质的量不变，整个过程相当于氧气将H₂S氧化为S，同时生成水，根据电子转移守恒，转化为S的H₂S的物质的量为$\frac{1mol×4}{2}$=2mol，
故答案为：2mol；
（5）由图中转化可知，甲烷与SO₄^2-在SRB作用下还原为S^2-的离子，同时生成二氧化碳与水，反应离子方程式为：CH₄+SO₄^2-$\frac{\underline{\;SRB\;}}{\;}$S^2-+CO₂+2H₂O，
故答案为：CH₄+SO₄^2-$\frac{\underline{\;SRB\;}}{\;}$S^2-+CO₂+2H₂O．

点评 本题属于拼合型题目，涉及反应热计算、氧化还原反应及有关计算、盐类水解等，侧重考查学生分析解决问题能力，需要学生具备扎实的基础，难度中等．