Question

10．研究大氣中含硫化合物（主要是SO₂和H₂S）的轉化對環境保護具有重要意義．
（1）SO₂的大量排放會引起嚴重的環境問題是酸雨，潮濕條件下，寫出大氣中SO₂轉化為HSO₃^-的方程式SO₂+H₂O?H₂SO₃；H₂SO₃?H⁺+HSO₃^-．
（2）土壤中的微生物可將大氣中H₂S經兩步反應氧化成SO₄^2-，兩步反應的能量變化示意圖1如下：
1mol H₂S（g）全部氧化成SO₄^2-（aq）的熱化學方程式為H₂S（g）+2O₂（g）=SO₄^2-（aq）+2H⁺（aq）△H=-806.39kJ•mol^-1．
（3）SO₂是工業制硫酸的原料氣體之一，一定溫度下，向容積為2L的密閉容器中充入一定量的SO₂和O₂，發生反應：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），過程中測定的部分數據見表：

時間/min	n（SO2）/mol	n（O2）/mol
0	0.10	0.050
4	0.050	0.025
5	0.040
8		0.020

①反應在0～4min內的平均速率為v（SO₂）=6.25×10^-3mol/（L•min）；
②此溫度下該反應的化學平衡常數K=225（mol/L），
③8min時，維持溫度不變，往反應容器中再通入0.020mol SO₂（g），0.010mol O₂（g），重新達到平衡時混合氣體中SO₂的百分含量將減小（填“減小”，“增大”或“不變”）．（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在溫度一定和不補加溶液的條件下，緩慢通入混合氣體，并充分攪拌．欲使生成的硫單質中不含CuS，可采取的措施有通入足量的空氣．
②一般來說，如果一個反應的平衡常數大于10⁵，通常認為反應進行得較完全；相反，如果一個反應的平衡常數小于10^-5，則認為這個反應很難進行．已知常溫下各物質的溶度積及電離平衡常數：
CuS：K_sp=6.3×10^-36；H₂S：K _a1=1.3×10^-7，K _a2=7.1×10^-15，
通過計算說明反應CuS（s）+2H⁺ （aq）=Cu²⁺（aq）+H₂S（aq）進行的程度反應很難進行．

Answer 1

分析 （1）SO₂的大量排放會形成酸雨，二氧化硫為酸性氧化物與水生成亞硫酸，亞硫酸為弱電解質，部分電離產生氫離子與亞硫酸氫根離子；
（2）由圖可知，第一步熱化學反應為：H₂S（g）+0.5O₂（g）=S（s）+H₂O（g）△H=-221.19 kJ•mol^-1；
第二步反應為：S（s）+1.5O₂（g）+H₂O（g）=2H⁺（aq）+SO4^2-（aq））△H=-585.20 kJ•mol^-1；
依據蓋斯定律計算反應熱；
（3）①0-4min二氧化硫物質的量變化為0.10mol-0.050mol=0.050mol，反應速率v=$\frac{△c}{△t}$；
②結合圖表數據，5min時n（O₂）=$\frac{0.10mol-0.04mol}{2}$=0.03mol，剩余氧氣物質的量=0.05mol-0.03mol=0.02mol，6min時氧氣物質的量為0.02mol，說明5分鐘反應達到平衡狀態，結合化學平衡三行計算列式計算平衡濃度，平衡常數=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應物平衡濃度冪次方乘積}$；
③計算此時濃度商和平衡常數比較分析判斷平衡進行方向；
（4）根據使生成的硫單質中不含CuS，則硫離子不能有剩余，硫離子完全被氧化為硫單質進行分析；反應CuS（s）+2H⁺ （aq）=Cu²⁺（aq）+H₂S（aq），反應的平衡常數K=$\frac{c（C{u}^{2+}）c（{H}_{2}S）}{{c}^{2}（{H}^{+}）}$=$\frac{c（C{u}^{2+}）c（{S}^{2-}）c（{H}_{2}S）c（H{S}^{-}）}{c（{S}^{2-}）c（{H}^{+}）c（H{S}^{-}）c（{H}^{+}）}$=$\frac{Ksp（CuS）}{K{a}_{1}K{a}_{2}}$；

解答 解：（1）SO₂的大量排放會引起嚴重的環境問題是形成酸雨，二氧化硫為酸性氧化物與水生成亞硫酸，亞硫酸為弱電解質，部分電離產生氫離子與亞硫酸氫根離子，離子方程式：SO₂+H₂O?H₂SO₃；H₂SO₃?H⁺+HSO₃^-，
故答案為：酸雨；SO₂+H₂O?H₂SO₃；H₂SO₃?H⁺+HSO₃^-；
（2）由圖可知，第一步熱化學反應為：H₂S（g）+0.5O₂（g）=S（s）+H₂O（g）△H=-221.19 kJ•mol^-1；
第二步反應為：S（s）+1.5O₂（g）+H₂O（g）=2H⁺（aq）+SO4^2-（aq））△H=-585.20 kJ•mol^-1；
依據蓋斯定律，第一步與第二步方程式相加得：H₂S（g）+2O₂（g）=SO₄^2-（aq）+2H⁺（aq）△H=-806.39 kJ•mol^-1；
故答案為：H₂S（g）+2O₂（g）=SO₄^2-（aq）+2H⁺（aq）△H=-806.39 kJ•mol^-1 ；
（3）①0-4min二氧化硫物質的量變化為0.10mol-0.050mol=0.050mol，反應速率v=$\frac{\frac{0.050mol}{2L}}{4min}$=6.25×10^-3mol/（L•min），故答案為：6.25×10^-3mol/（L•min）；
②結合圖表數據，5min時n（O₂）=$\frac{0.10mol-0.04mol}{2}$=0.03mol，剩余氧氣物質的量=0.05mol-0.03mol=0.02mol，6min時氧氣物質的量為0.02mol，說明5分鐘反應達到平衡狀態，結合化學平衡三行計算列式計算平衡濃度，5min時，
                         2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），
起始量（mol）    0.1            0.05             0
變化量（mol）  0.06             0.03           0.06
平衡量（mol）   0.04           0.02             0.06
平衡常數=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應物平衡濃度冪次方乘積}$=$\frac{（\frac{0.06}{2}）^{2}}{（\frac{0.04}{2}）^{2}×\frac{0.02}{2}}$=225（mol/L）
故答案為：225（mol/L）；
③8min時，維持溫度不變，往反應容器中再通入0.020mol SO₂（g），0.010mol O₂（g），Qc=$\frac{（\frac{0.06}{2}）^{2}}{（\frac{0.04+0.02}{2}）^{2}\frac{（0.02+0.01）}{2}}$=$\frac{200}{3}$=66.67＜K，反應正向進行，平衡移動程度小重新達到平衡時混合氣體中SO₂的百分含量將減小，故答案為：減小；
（4）①使生成的硫單質中不含CuS，則硫離子不能有剩余，硫離子完全被氧化為硫單質，所以氧氣必須過量，采取的措施是：增大混合氣體中空氣的比例，通入足量的空氣，
故答案為：通入足量的空氣；
②反應CuS（s）+2H⁺ （aq）=Cu²⁺（aq）+H₂S（aq），反應的平衡常數K=$\frac{c（C{u}^{2+}）c（{H}_{2}S）}{{c}^{2}（{H}^{+}）}$=$\frac{c（C{u}^{2+}）c（{S}^{2-}）c（{H}_{2}S）c（H{S}^{-}）}{c（{S}^{2-}）c（{H}^{+}）c（H{S}^{-}）c（{H}^{+}）}$=$\frac{Ksp（CuS）}{K{a}_{1}K{a}_{2}}$=$\frac{6.3×1{0}^{-36}}{1.3×1{0}^{-7}×7.1×1{0}^{-15}}$=6.83×10^-15＜10^-5，反應很難進行，
故答案為：反應很難進行；

點評 本題考查了物質性質、熱化學方程式書寫、化學平衡計算、化學平衡常數和反應速率概念計算、影響平衡的因素判斷，溶度積常數的計算等知識點，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等．