Question

17．硫在地殼中主要以硫化物、硫酸鹽等形式存在，其單質和化合物在工農業生產中有著重要的應用．

（1）已知：重晶石（BaS0₄）高溫煅燒可發生一系列反應，其中部分反應如下：
BaS0₄（s）+4C（s）═BaS（s）+4C0（g）△H=+571.2kJ•mol^-1
BaS（s）═Ba（s）+S（s）△H=+460kJ•mol^-1
已知：2C（s）+0₂（g）═2CO（g）△H=-221kJ•mol^-1
則：Ba（s）+S（s）+20₂（g）═BaS0₄（s）△H=-1473.2KJ•mol^-1．
（2）雌黃（As₂S₃）是提取砷的主要礦物原料．已知As₂S₃和HN0₃有如下反應：
As₂S₃+10H⁺+10NO₃^-═2H₃AsO₄+3S+10NO₂↑+2H₂O
當反應中轉移電子的數目為2mol時，生成H₃As0₄的物質的量為0.4mol．
（3）向等物質的量濃度Na₂S、NaOH混合溶液中滴加稀鹽酸至過量．其中主要含硫各物種（H₂S、HS^-、S^2-）的分布分數（平衡時某物種的濃度占各物種濃度之和的分數）與滴加鹽酸體積的關系如圖1所示（忽略滴加過程H₂S氣體的逸出）．
含硫物種B表示HS^-．在滴加鹽酸過程中，溶液中c（Na⁺）與含硫各物種濃度的大小關系為c（填字母）．
a．c（Na⁺）=c（H₂S）+c（HS^-）+2c（S^2-）
b.2c（Na⁺）=c（H₂S）+c（HS^-）+c（S^2-）
c．c（Na⁺）=3[c（H₂S）+c（HS^-）+c（S^2-）]
（4）將H₂S和空氣的混合氣體通入FeCl₃、FeCl₂、CuCl₂的混合溶液中反應回收S，其物質轉化如圖2所示．
①在圖示的轉化中，化合價變化的元素是O、Fe、S．
②反應中若消耗1molO₂時，保持溶液中Fe³⁺的物質的量不變，則轉化成S的H₂S的物質的量為2mol．
（5）在油田大量產出的污水中，硫化物主要是以水中的S0₄^2-被硫酸鹽還原菌（SRB）還原產生的S^2-形式存在，其反應機理如圖3，請寫出以甲烷為碳源時，S0₄^2-在SRB作用下還原為S^2-的離子反應方程式CH₄+SO₄^2-$\frac{\underline{\;SRB\;}}{\;}$S^2-+CO₂+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）已知：①BaSO₄（s）+4C（s）=BaS（s）+4CO（g）△H=+571.2kJ?mol^-1
②BaS（s）=Ba（s）+S（s）△H=+460kJ?mol^-1
③2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221kJ?mol^-1，
根據蓋斯定律：③×2-①-②得方程式Ba（s）+S（s）+2O₂（g）=BaSO₄（s），據此計算．
（2）反應中As、S元素化合價升高，N原子化合價降低，根據N元素變化變化計算二氧化氮的物質的量，在結合方程式計算生成H₃AsO₄的物質的量；
（3）①向等物質的量濃度Na₂S、NaOH混合溶液中滴加稀鹽酸，鹽酸和氫氧化鈉先反應，然后和硫化鈉反應，NaHS的含量先增加后減少，最后轉化為H₂S；
開始溶液中c（Na₂S）=c（NaOH），滴加過程中S元素存在形式有：H₂S、HS^-、S^2-，根據物料守恒可知c（Na⁺）=3c（S原子）；
（4）①硫化氫與銅離子反應得到CuS與氫離子，氧氣將亞鐵離子氧化鐵為鐵離子，鐵離子將CuS氧化得到S；
②反應中若消耗1molO₂時，保持溶液中Fe³⁺的物質的量不變，整個過程相當于氧氣將H₂S氧化為S，同時生成水，根據電子轉移守恒計算H₂S的物質的量；
（5）由圖中轉化可知，甲烷與SO₄^2-在SRB作用下還原為S^2-的離子，同時生成二氧化碳與水，配平書寫．

解答 解：（1）已知：①BaSO₄（s）+4C（s）=BaS（s）+4CO（g）△H=+571.2kJ?mol^-1
②BaS（s）=Ba（s）+S（s）△H=+460kJ?mol^-1
③2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221kJ?mol^-1，
根據蓋斯定律：③×2-①-②得方程式Ba（s）+S（s）+2O₂（g）=BaSO₄（s）△H=（-221）×2-（+460）-（+571.2）=-1473.2KJ•mol^-1，
故答案為：-1473.2KJ•mol^-1；
（2）反應中As、S元素化合價升高，N原子化合價降低，由+5價降低為+4，故轉移電子的數目為2mol時，生成二氧化氮為$\frac{2mol}{5-4}$=2mol，由方程式：As₂S₃+10H⁺+10NO₃^-═2H₃AsO₄+3S+10NO₂↑+2H₂O，可知生成H₃As0₄的物質的量為2mol×$\frac{2}{10}$=0.4mol，
故答案為：0.4mol；
（3）①向等物質的量濃度Na₂S、NaOH混合溶液中滴加稀鹽酸，鹽酸和氫氧化鈉先反應，然后和硫化鈉反應，NaHS的含量先增加后減少，最后轉化為H₂S，A表示含硫微粒濃度減小為S^2-，B先增加后減少為HS^-，C濃度一直在增加為H₂S，故B表示HS^-；
向等物質的量濃度Na₂S、NaOH混合溶液中滴加稀鹽酸，因體積相同，設Na₂S、NaOH各為1mol，則n（Na）=3n（S），溶液中含硫的微粒為HS^-、S^2-、H₂S，則c（Na⁺）=3[c（H₂S）+c（HS^-）+c（S^2-）]，故c正確；
故答案為：HS^-；c；
（4）①硫化氫與銅離子反應得到CuS與氫離子，氧氣將亞鐵離子氧化鐵為鐵離子，鐵離子將CuS氧化得到S，圖中O元素、Fe元素、S元素化合價發生變化，
故答案為：O、Fe、S；
②反應中若消耗1molO₂時，保持溶液中Fe³⁺的物質的量不變，整個過程相當于氧氣將H₂S氧化為S，同時生成水，根據電子轉移守恒，轉化為S的H₂S的物質的量為$\frac{1mol×4}{2}$=2mol，
故答案為：2mol；
（5）由圖中轉化可知，甲烷與SO₄^2-在SRB作用下還原為S^2-的離子，同時生成二氧化碳與水，反應離子方程式為：CH₄+SO₄^2-$\frac{\underline{\;SRB\;}}{\;}$S^2-+CO₂+2H₂O，
故答案為：CH₄+SO₄^2-$\frac{\underline{\;SRB\;}}{\;}$S^2-+CO₂+2H₂O．

點評 本題屬于拼合型題目，涉及反應熱計算、氧化還原反應及有關計算、鹽類水解等，側重考查學生分析解決問題能力，需要學生具備扎實的基礎，難度中等．