Question

【题目】SO2是空气污染物 ，含有SO2 的尾气需处理后才能排放，有多种方法可除 去尾气中SO2。回答下列问题：

（1）氨水吸收法。利用氨水吸收烟气中的SO2， 其相关反应的主要热化学方程式如下：

SO2(g)+NH 3 H2O(aq)=NH4HSO3(aq) △H1=akJmol-1；

NH 3 H2O(aq)+NH4HSO3(aq)=(NH4)2SO3(aq)+H2O（1）△H2= b kJ mol-1；

2(NH4)2SO3(aq)+O2(g)=2(NH4)2SO4 （aq）△H3 =ckJ mol-1；

则反应 2SO2(g)+4 NH 3 H2O(aq)+ O2(g)=2(NH4)2SO4(aq)+2H2O(l)的△H=___________kJ mol-1（用含a、b、c的代数式表示）。

（2）热解气还原法。已知CO与SO2 在加热和催化剂作用 下生成生成S(g)和CO2。

①该反应的化学方程式为__________。

②在T °C时，向lL恒容的密闭容器中入充1 mol CO、0.5molSO2发生上述反应（S为气态）．5min时达到化学平衡，平衡时测得SO2的转化率为90 %，则 0 ~ 5 mi n 内 反应的平均速率v(SO2)=__________。此温度下该反应的平衡常数 K1=_______。下列选项中能够说明该反应已经达到平衡状态的是_____（填字母）。

a.体系的压强保持不变

b.混合气体的密度保持不变

c.混合气体的平均摩尔质量保持不变

d.单位时间内CO消耗的物质的量与 SO2 生成的物质的量之比为2：1

（3）氧化锌吸收法。配制ZnO悬浊液（含少量 MgO、CaO）在吸收塔中封闭循环脱硫。发生的主要反应为ZnO十SO2 = ZnSO3(s)．吸收过程中，测得pH、吸收效率η随 时间t的变化如图a所示。溶液中含硫元素微粒各组分浓度之比如图b所示。

①已知纯ZnO的悬浮液 pH 约为6.8，判断在pH-t曲线cd 段发生的主要反应的离子方程式为____________。

②SO2的吸收效率η随 pH 降低而减小的原因是____________。

Answer 1

【答案】2a+2b+c 2CO+SO2S(g)+2CO2 0.09mol·L—1·min—1 729 d ZnSO3+SO2+H2O=Zn2+ +2HSO pH 降低，c(H+)增大，ZnSO3溶解

【解析】

根据盖斯定律求相关反应的反应热；根据信息写出反应并配平；根据化学反应速率和平衡常数的表达式，求出相关物理量进行相关的计算；根据化学平衡状态的特征分析判断化学平衡状态的依据；

（1）利用氨水吸收烟气中的SO2， 其相关反应的主要热化学方程式如下：

①SO2(g)+NH3 H2O(aq)=NH4HSO3(aq)△H1=akJmol-1；

②NH3 H2O(aq)+NH4HSO3(aq)=(NH4)2SO3(aq)+H2O（1）△H2= b kJ mol-1；

③2(NH4)2SO3(aq)+O2(g)=2(NH4)2SO4（aq）△H3=ckJ mol-1；

根据盖斯定律可知，①2+②2+③可得2SO2(g)+4 NH3 H2O(aq)+ O2(g)=2(NH4)2SO4(aq)+2H2O(l)，则反应2SO2(g)+4 NH3 H2O(aq)+ O2(g)=2(NH4)2SO4(aq)+2H2O(l)的△H=2△H1+2△H2+△H3=(2a+2b+c) kJ mol-1。

（2）①CO与SO2在加热和催化剂作用 下生成生成S(g)和CO2，该反应的化学方程式为2CO+SO2S(g)+2CO2。

②在T °C时，向lL恒容的密闭容器中入充1 mol CO、0.5molSO2发生上述反应，5min时达到化学平衡，平衡时测得SO2的转化率为90 %，则 0 ~ 5 mi n 内SO2的变化量为0.45mol，则CO、S(g)、2CO2的变化量为0.9 mol、0.45 mol、0.9 mol，CO、SO2、S(g)、2CO2的平衡浓度分别为0.1mol/L、0.05mol/L、0.45mol/L、0.9mol/L。 0 ~ 5 mi n 内反应的平均速率v(SO2)=0.09mol·L—1·min—1。此温度下该反应的平衡体系中，平衡常数 K1=729。

a. 反应前后气体的分子数相同，故压强在反应过程中始终不变，当恒容的密闭容器中体系的压强保持不变时，不能判断是否达到化学平衡状态；

b.根据质量守恒定律可知，恒容的密闭容器中气体的质量不变、体积不变，故在反应过程中混合气体的密度保持不变，无法据此判断反应是否达到平衡状态；

c.在反应过程中，气体的总物质的量不变，气体的质量也不变，故混合气体的平均摩尔质量保持不变，不能据此判断反应是否达到化学平衡状态；

d.单位时间内CO消耗的物质的量与SO2生成的物质的量之比为2：1，说明正反应速率和逆反应速率相等，可以说明反应已经达到平衡状态。

综上所述，能够说明该反应已经达到平衡状态的是d。

（3）①由图象可知，在pH-t曲线bc段，溶液的pH变化较小，可知该阶段主要发生ZnO+SO2= ZnSO3；在pH-t曲线cd 段，溶液的pH变小较快，可以推断ZnSO3转化为易溶于水的酸式盐Zn(HSO)2，该反应的离子方程式为ZnSO3+SO2+H2O=Zn2++2HSO。

②由上面分析可知，ZnSO3可以转化为易溶于水的酸式盐Zn(HSO)2。由图b知，HSO的水溶液显酸性，SO2在酸性溶液中的溶解度较小，所以，SO2的吸收效率η随 pH 降低而减小的原因是：pH 降低，c(H+)增大，ZnSO3溶解。