Question

6．H₂S和SO₂在工农业生产中具有重要作用．
（1）H₂S气体溶于水形成的氢硫酸是一种二元弱酸，25℃时，在0.10mol•L^-1H₂S溶液中，通入HCl气体或加入NaOH固体以调节溶液pH，溶液pH与c（S^2-）关系如图Ⅰ所示（忽略溶液体积的变化、H₂S的挥发）．

①pH=13时，溶液中的c（H₂S）+c（HS^-）=0.043mol•L^-1；
②某溶液含0.010mol•L^-1Fe²⁺、未知浓度的Mn²⁺和0.10mol•L^-1H₂S，当溶液pH=2时，Fe²⁺开始沉淀；当Mn²⁺开始沉淀时，溶液中$\frac{c（M{n}^{2+}）}{c（F{e}^{2+}）}$=2×10⁶．
已知：K_SP（FeS）=1.4×10^-19，K_SP（MnS）=2.8×10^-13
（2）利用催化剂氧化反应将SO₂转化为SO₃是工业上生产硫酸的关键步骤．已知：SO₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═SO₃（g）△H=-99kJ/mol．某温度下该反应的平衡常数K=3.33．反应过程的能量变化如图Ⅱ所示．
①图Ⅱ中△H=-198kJ/mol；该反应通常用V₂O₅会使图中A点降低，原因是因为催化剂改变了反应的历程使活化能E降低．
②该温度下，向100L的恒荣密闭容器中，充入3.0molSO₂（g）、16.0molO₂（g）和3.0molSO₃（g），则反应开始时v_（正）＞v_（逆）（填“＞”“＜”或“=”）．

Answer 1

分析 （1）①pH=13时，c（S^2-）=5.7×10^-2mol/L，在0.10mol•L^-1H₂S溶液中根据硫守恒c（H₂S）+c（HS^-）+c（S^2-）=0.10mol•L^-1；
②当Qc=K_sp（MnS）时开始沉淀，由此求出硫离子的浓度，结合图象得出此时的pH；根据MnS和FeS的Ksp计算；
（2）①图象分析反应焓变是2mol二氧化硫完全反应法的热量．E为活化能，活化能的大小与反应热无关；加入催化剂能降低反应的活化能；
②计算此时反应的浓度商Q，和平衡常数比较判断反应进行的方向．

解答 解：（1）①根据溶液pH与c（S^2-）关系图pH=13时，c（S^2-）=5.7×10^-2mol/L，在0.10mol•L^-1H₂S溶液中根据硫守恒c（H₂S）+c（HS^-）+c（S^2-）=0.10mol•L^-1，所以c（H₂S）+c（HS^-）=0.1-5.7×10^-2=0.043mol/L，
故答案为：0.043；
②当Qc=K_sp（FeS）时开始沉淀，所以c（S^2-）=$\frac{Ksp（FeS）}{c（Fe{\;}^{2+}）}$=$\frac{1.4×10{\;}^{-19}}{0.01}$mol/L=1.4×10^-17mol/L，结合图象得出此时的pH=2，所以pH=2时亚铁离子开始沉淀；
溶液中$\frac{c（M{n}^{2+}）}{c（F{e}^{2+}）}$=$\frac{Ksp（MnS）}{Ksp（FeS）}$=$\frac{2.8×10{\;}^{-13}}{1.4×10{\;}^{-19}}$mol/L=2×10⁶；
故答案为：2；2×10⁶；
（2）SO₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═SO₃（g）△H=-99kJ/mol，
①图Ⅱ分析可知2molSO₂和氧气全部反应，反应焓变△H=-99kJ/mol×2mol=-198KJ，E为活化能，反应热可表示为A、C活化能的大小之差，活化能的大小与反应热无关；加入催化剂改变了反应的途径，降低反应所需的活化能，所以E的变化是减小；
故答案为：-198；因为催化剂改变了反应的历程使活化能E降低；
②该温度下，向100L的恒容密闭容器中，充入3.0mol SO₂（g）、16.0mol O₂（g）和3.0mol SO₃（g），浓度商Qc=$\frac{\frac{3.0mol}{100L}}{\frac{3.0mol}{100L}×（\frac{16.0mol}{100L}）{\;}^{\frac{1}{2}}}$=2.5＜K=3.33，
则反应开始时（正）＞v（逆）
故答案为：＞．

点评 本题考查化学平衡常数及平衡状态的判断、燃料电池、氧化还原反应及滴定的相关知识，涉及的题量较大，题目难度中等．