Question

【题目】硫酸在生活和生产中应用广泛。某工厂以黄铁矿(主要成分为FeS2)为原料，采用接触法制备硫酸。

(1)已知在298 K和101 kPa条件下：

FeS2(s)=FeS(s)+S(s) H1

S(s)+ O2(g)=SO2(g) H2

4FeS(s)+7O2(g)=2Fe2O3(s) +4SO2(g) H3

则在该条件下FeS2与O2生成Fe2O3和SO2的热化学方程式为_______。

(2)催化氧化反应：2SO2(g) +O2(g)2SO3(g) H<0。在体积可变的密闭容器中，维持压强为101 kPa和初始n(SO2)=2mol，充入一定量的O2，SO2的平衡转化率α(SO2)随O2物质的量n(O2)的变化关系如图所示：

①在1000℃时，SO2平衡转化率随着O2物质的量的增大缓慢升高，解释其原因________。

②a点时SO3的平衡分压p(SO3)=_________Pa(保留两位有效数字，某组分的平衡分压=总压×某组分的物质的量分数)。

(3)保持温度不变，向固定体积的密闭容器中充入一定量的SO2、O2。请画出平衡体系中SO3的体积分数φ(SO3)随初始SO2、O2的物质的量之比[n(SO2)/n(O2)]的变化趋势图______：

(4)已知活性氧可以把SO2快速氧化为SO3，根据计算机模拟结果，在炭黑表面上O2转化为活性氧的反应历程与能量变化关系如图所示。下列说法不正确的是_______(填字母代号)。

A.O2转化为活性氧是氧氧键的断裂与碳氧键的生成过程

B.该过程的最大能垒(活化能)E正=0.73 eV

C.每活化一个O2分子最终吸收0. 29 eV能量

D.依题炭黑可以作为SO2转化为SO3的催化剂

E.其他条件相同时，炭黑颗粒越小，反应速率越快

(5)硫酸工厂尾气中的SO2可被NaOH溶液吸收，用惰性电极将所得的Na2SO3溶液进行电解，可循环再生NaOH的同时得到H2SO4，写出阳极的电极反应式：___________

Answer 1

【答案】4FeS2(s)+11O2(g)=2Fe2O3(s)+8SO2(g) H=2H1+2H2+H3 该反应H<0，1000时，该反应的平衡常数很小，二氧化硫的平衡转化率很小；1000时，恒压条件下，充入氧气，c(SO2)和c(SO3)等倍数减，c(O2)增大，Qc=<K，平衡正向移动，二氧化硫的平衡转化率增大； BC SO32-+H2O-2e-=SO42-+2H+

【解析】

（1）①FeS2(s)=FeS(s)+S(s) H1；②S(s)+ O2(g)=SO2(g) H2；

③4FeS(s)+7O2(g)=2Fe2O3(s) +4SO2(g) H3；根据盖斯定律，①×2+②×2+③得热化学反应方程式为：4FeS2(s)+11O2(g)=2Fe2O3(s)+8SO2(g) H=2H1+2H2+H3；故答案为：4FeS2(s)+11O2(g)=2Fe2O3(s)+8SO2(g) H=2H1+2H2+H3；

（2）①该反应H<0，1000时，根据二氧化硫的转化曲线，该反应的平衡常数很小，二氧化硫的平衡转化率很小；1000时，恒压条件下，充入氧气，c(SO2)和c(SO3)等倍数减，c(O2)增大，Qc=<K，平衡正向移动，二氧化硫的平衡转化率增大；故答案为：该反应H<0，1000时，该反应的平衡常数很小，二氧化硫的平衡转化率很小；1000时，恒压条件下，充入氧气，c(SO2)和c(SO3)等倍数减，c(O2)增大，Qc=<K，平衡正向移动，二氧化硫的平衡转化率增大；

②

SO3的平衡分压p(SO3)=，故答案为：；

（3）保持温度不变，向固定体积的密闭容器中充入一定量的SO2、O2，二氧化硫与氧气比例为2:1时，三氧化硫的平衡体积分数最大，故答案为：；

（4）A. 由图分析可知，O2转化为活性氧是氧氧键的断裂与碳氧键的生成过程，A正确；

B. 该过程的最大能垒(活化能)E正=0.75eV，B错误；

C. 每活化一个O2释放0. 29 eV能量，C错误；

<>D. 炭黑可以提供活化氧，可作为SO2转化为SO3的催化剂，D正确；

E. 其他条件相同时，炭黑颗粒越小，反应接触面积越大，反应速率越快，E正确；故答案为：BC；

（5）用惰性电极将所得的Na2SO3溶液进行电解，可循环再生NaOH的同时得到H2SO4，阳极是亚硫酸根离子失去电子，生成硫酸根离子，即阳极的电极反应为：SO32-+H2O-2e-=SO42-+2H+；故答案为：SO32-+H2O-2e-=SO42-+2H+。