[题目]SO2是危害最为严重的大气污染物之一.SO2的含量是衡量大气污染的一个重要指标.工业上常采用催化还原法或吸收法处理SO2.催化还原SO2不仅可以消除SO2污染.而且可得到有价值的单质S.(1)已知CH4和S的燃烧热分别为a kJ/mol 和b kJ/mol.在复合组分催化剂作用下.CH4可使SO2转化为S.同时生成CO2 和液态水.反应� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

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【题目】SO2是危害最为严重的大气污染物之一，SO2的含量是衡量大气污染的一个重要指标。工业上常采用催化还原法或吸收法处理SO2。催化还原SO2不仅可以消除SO2污染，而且可得到有价值的单质S。

（1）已知CH4和S的燃烧热分别为a kJ/mol 和b kJ/mol。在复合组分催化剂作用下，CH4可使SO2转化为S，同时生成CO2 和液态水。反应的热化学方程式为______________。（△H用含a、b的代数式表示）

（2）用H2还原SO2生成S的反应分两步完成，如图1所示，该过程中相关物质的物质的量浓度随时间的变化关系如图2 所示：

①分析可知X为_______________（写化学式），0~t1时间段的反应温度为_______________，0~t1时间段用SO2表示的化学反应速率为______________________；

②总反应的化学方程式为___________________________________________；

（3）焦炭催化还原SO2生成S2的化学方程式为：2C(s)+2SO2(g)S2(g)+2CO2(g)，恒容容器中，lmol/L SO2与足量的焦炭反应，SO2的转化率随温度的变化如图3 所示。

①该反应的ΔH______0（填“＞”或“＜”）；

②700℃的平衡常数为_____________________；

（4）工业上可用Na2SO3溶液吸收SO2，该反应的离子方程式为___________，25℃时用1mol/L的Na2SO3溶液吸收SO2，当溶液pH=7时，溶液中各离子浓度的大小关系为___________。（已知：H2SO3的电离常数K1=1.3×10-2，K2=6.2×10-8）

【答案】 CH4 (g)+2SO2 (g) = CO2 (g)+2S (s)+2H2O(l) △H=（2b-a） kJ/mol H2S 300℃ 2×10-3/t1 mol/(L· min) 2H2+SO2 = S+2H2O ＜ 36.45 mol/L SO32- +SO2 + H2O = 2HSO3- c(Na+)＞c(HSO3-)＞c(SO32-)＞c(H+)=c(OH-)

【解析】分析：本题考查盖斯定律的应用、热化学方程式的书写、化学反应速率的计算、方程式的书写、化学平衡图像的分析和计算、溶液中粒子浓度的大小关系。

（1）根据燃烧热的概念写出热化学方程式，再用盖斯定律。

（2）根据图示和图像中物质的变化以及物质的量浓度之间的关系，结合原子守恒，X为H2S，0~t1时间段的反应温度为300℃。根据图像和化学反应速率的表达式计算υ（SO2）。根据图示写出总反应。

（3）根据图像a点达到平衡状态，升高温度SO2的平衡转化率减小，平衡向逆反应方向移动，则ΔH0。根据图中转化率和三段式计算化学平衡常数。

（4）Na2SO3吸收SO2的离子方程式为SO32-+SO2+H2O=2HSO3-。Na2SO3溶液呈碱性，NaHSO3溶液呈酸性，用Na2SO3溶液吸收SO2得到pH=7的溶液，溶液中溶质为Na2SO3和NaHSO3，溶液中c（H+）=c（OH-）=110-7mol/L，根据K2（H2SO3）==6.210-8，则=6.210-8（110-7）=0.62，c（SO32-）c（HSO3-），溶液中离子浓度由大到小的顺序为c（Na+）c（HSO3-）c（SO32-）c（H+）=c（OH-）。

详解：（1）CH4和S的燃烧热分别为akJ/mol和bkJ/mol，写出热化学方程式：

CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）ΔH=-akJ/mol（①）

S（s）+O2（g）=SO2（g）ΔH=-bkJ/mol（②）

应用盖斯定律，将①-②2得，CH4（g）+2SO2（g）=CO2（g）+2S（s）+2H2O（l）ΔH=（2b-a）kJ/mol。

（2）①根据图示和图像，第一步对应图像0~t1段，由H2和SO2反应生成X，反应消耗的H2、SO2和生成的X物质的量浓度之比为（610-3）：（310-3-110-3）：（210-3）=3:1:1；第二步对应图像t1~t2段，X与SO2反应生成S，消耗的X与SO2物质的量浓度之比为（210-3）：（110-3）=2:1，结合原子守恒，X为H2S，0~t1时间段的反应温度为300℃。υ（SO2）===mol/（L·min）。

②根据图示和图像，总反应为H2与SO2按物质的量之比2:1反应生成S，结合原子守恒，总反应的化学方程式为2H2+SO2=S+2H2O。

（3）①根据图像a点达到平衡状态，700℃后升高温度SO2的平衡转化率减小，平衡向逆反应方向移动，逆反应为吸热反应，则该反应的ΔH0。

②700℃时SO2的转化率为90%，用三段式

2C（s）+2SO2（g）S2（g）+2CO2（g）

c（起始）（mol/L） 1 0 0

c（转化）（mol/L） 190% 0.45 0.9

c（平衡）（mol/L） 0.1 0.45 0.9

700℃的平衡常数K===36.45mol/L。

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