Question

12．物质的类别和核心元素的化合价是研究物质性质的两个重要视角．硫及其化合物与价态变化为坐标的二维转化关系如图所示．完成下列填空：

（1）图1中X的水溶液在空气中放置易变浑浊，写出反应的化学方程式：2H₂S+O₂=2S↓+2H₂O；
（2）下列物质用于Na₂S₂0₃制备，从氧化还原反应的角度分析，理论上有可能实现的方案是（选填编号）bd．
a、Na₂S+S    b、Z+S    C、Na₂SO₃+Y    d、NaHS+NaHSO₃
（3）请补充完整焙烧明矾的化学方程式：
4KAl（SO₄）₂•12H₂O+3S=2K₂SO₄+2Al₂O₃+9SO₂↑+48H₂O
（4）研究反应Na₂S₂O₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+S+SO₂+H₂O的速率时，下列方案合理的是b．
a．测定一段时间内生成S0₂的体积，得出该反应的速率
b．研究浓度、温度等因素对该反应速率的影响，比较反应出现浑浊的时间
c．用Na₂S₂0₃（S）分别与浓、稀硫酸反应，研究浓度对该反应速率的影响
（5）治理含CO、S0₂的烟道气，以铝钒土做催化剂，将CO、SO₂在380℃时转化为S和一种无毒气体．己知：
①硫的熔点：112.8℃、沸点：444.6℃；
②反应每得到Imol硫，放出270kJ的热量．写出该治理烟道气反应的热化学方程式2CO（g）+SO₂（g）$\frac{\underline{\;铝矾土\;}}{380}$S（l）+2CO₂（g）△H=-270kJ/mol．
③一定条件下，将CO与SO₂以体积比为4：1置于恒容密闭容器中发生上述反应，下列选项能说明反应达到平衡状态的是cd（填写字母序号）．
a．v （CO）：v（S0₂）=2：1   
b．平衡常数不变
c．气体密度不变    
d．CO₂和SO₂的体积比保持不变
测得上述反应达平衡时，混合气体中CO的体积分数为$\frac{7}{11}$，则SO₂的转化率为60%．
（6）其他条件相同、催化剂不同时，上述反应中SO₂的转化率随反应温度的变化如图2．不考虑催化剂价格因素，生产中选铝矾土做催化剂的主要原因是铝钒土作催化剂，在相对较低温度下，单位时间内获得较高的SO₂转化率，能耗小．．

Answer 1

分析 （1）X为H₂S，H₂S在空气中变浑浊是因为被氧气氧化为S；
（2）Na₂S₂O₃中S为+2价，从氧化还原的角度分析，反应物中S元素化合价必须分别大于2和小于2；
（3）分析反应中各元素化合价变化，依据氧化还原反应得失电子守恒、原子个数守恒配平方程式；
（4）硫代硫酸钠与稀硫酸反应生成了单质硫，溶液变浑浊，反应速率越快，出现浑浊时间越短；
（5）②反应每得到1mol硫，放出270kJ的热量，以此书写热化学方程式；
③反应达到平衡状态时正逆反应速率相等，各组分浓度保持不变，据此分析；利用三段式法计算二氧化硫的转化率；
（6）由图可知，相同条件下铝钒土作催化剂时，二氧化硫的转化率最大．

解答 解：（1）X为H₂S，H₂S在空气中变浑浊是因为被氧气氧化为S，反应的化学方程式为2H₂S+O₂=2S↓+2H₂O，故答案为：2H₂S+O₂=2S↓+2H₂O；
（2）Na₂S₂O₃中S为+2价，从氧化还原的角度分析，反应物中S元素化合价必须分别大于2和小于2，a中S化合价都小于2，c中S的化合价都大于2，bd符合题意，
故答案为：bd；
（3）由原子和元素守恒可知，缺项为水，反应中S元素的化合价由+6价降低为+4价，S元素的化合价由0升高为+4价，结合电子、原子守恒可知反应为4KAl（SO₄）₂•12H₂O+3S$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2K₂SO₄+2Al₂O₃+9SO₂↑+48H₂O，故答案为：4；3；2；2；9；48H₂O；
（4）根据硫代硫酸钠与稀硫酸反应生成了单质硫，溶液变浑浊，可以判断反应速率快慢，反应速率越快，出现浑浊时间越短，
故答案为：b；
（5）②反应每得到1mol硫，放出270kJ的热量，热化学方程式为2CO（g）+SO₂（g）$\frac{\underline{\;铝矾土\;}}{380℃}$S（l）+2CO₂ （g）△H=-270kJ/mol，
故答案为：2CO（g）+SO₂（g）$\frac{\underline{\;铝矾土\;}}{380}$S（l）+2CO₂ （g）△H=-270kJ/mol；
③a、CO和SO2的速率之比始终等于化学计量数之比，其无法判断反应是否达到平衡状态，故a错误；
b、温度不变平衡常数始终不变，平衡常数不变不能说明反应达到平衡状态，故b错误；
c、容器体积不变，S为固态，反应正向进行气体体积减小，当气体质量不变时，说明各组分浓度不变，反应达到平衡状态，故c正确；
d、CO₂和SO₂的体积比保持不变说明正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故d正确；
由           2CO（g）+SO₂ （g）═S（s）+2CO₂（g）
反应前（mol） 4       1         0       0
转化了（mol）2x       x         x       2x
平衡后（mol）4-2x     1-x       x       2x
混合气体中CO的体积分数为$\frac{7}{11}$，则有$\frac{4-2x}{4-2x+1-x+2x}$=$\frac{7}{11}$，x=0.6，
所以SO₂的转化率为$\frac{0.6}{1}$×100%=60%，
故答案为：cd；60%．
（6）由图可知，生产中选铝钒土做催化剂的主要原因是铝钒土作催化剂，在相对较低温度下，单位时间内获得较高的SO₂转化率，能耗小，
故答案为：铝钒土作催化剂，在相对较低温度下，单位时间内获得较高的SO₂转化率，能耗小．

点评 本题为综合题，涉及非金属性比较、氧化还原反应、反应速率及热化学方程式等，侧重反应原理中高频考点的考查，综合性较强，题目难度不大．