【題目】研究碳和硫的化合物的性質,有助于合理控制溫室效應、環(huán)境污染,并能進行資源化利用,還可重新獲得燃料或重要工業(yè)產(chǎn)品。

I. (1)有科學家提出可利用FeO吸收和利用CO2,相關熱化學方程式如下:

6FeO(s) +CO2(g)===2Fe3O4(s)+C(s) ΔH=-76.0 kJ·mol-1

①上述反應的還原產(chǎn)物為 ,每生成1 mol Fe3O4,轉移電子的物質的量為________mol;

②已知:C(s) +2H2O(g)===CO2(g)+2H2(g) ΔH=+113.4 kJ·mol-1,則反應:

3FeO(s) +H2O(g)===Fe3O4(s)+H2(g)的 ΔH=________。

(2)在一定條件下二氧化碳轉化為甲烷的反應如下:CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)。向一容積為2 L的恒容密閉容器中充入一定量的CO2和H2,在300℃時發(fā)生上述反應,達到平衡時各物質的濃度分別為CO2 0.2 mol·L-1,H2 0.8 mol·L-1,CH4 0.8 mol·L-1,H2O 1.6 mol·L-1。則300℃時上述反應的平衡常數(shù)K=________。200℃時該反應的平衡常數(shù)K=64.8,則該反應的ΔH________(填“>”或“<”)0。

Ⅱ. SO2直接排放會對環(huán)境造成危害。SO2的尾氣處理通常有以下幾種方法:

(1)活性炭還原法

反應原理:恒溫恒容時2C(s)+2SO2(g)S2(g)+2CO2(g)。

反應進行到不同時間測得各物質的濃度如圖:

①0~20 min反應速率表示為v(SO2)=________;

②30 min時,改變某一條件平衡發(fā)生移動,則改變的條件最有可能是________;

③能說明上述反應達到平衡狀態(tài)的是 。

a. SO2 的消耗速率與CO2 的生成速率相同 b. 混合氣體的密度不變

c. S2的濃度不變 d. SO2 與S2的物質的量之比為2:1

(2)亞硫酸鈉吸收法

①Na2SO3溶液吸收SO2的離子方程式為__________________;

②常溫下,當吸收至NaHSO3時,吸收液中相關離子濃度關系一定正確的是________(填序號)。

a.c(Na)+c(H)>c(SO)+c(HSO)+c(OH)

b.c(Na)=c(SO)+c(HSO)+c(H2SO3)

c.c(Na)>c(HSO)>c(H)>c(SO)

d.水電離出c(H)=1×10-8 mol/L

(3)電化學處理法

①如圖所示,Pt(Ⅰ)電極的電極反應式為__________________;

②當電路中轉移0.02 mol e時(較濃H2SO4尚未排出),交換膜左側溶液中約增加________mol離子。

【答案】I. (1)① C, 2 ②+18.7 kJ·mol-1

(2)25 <

Ⅱ.(1)①0.03 mol/(L·min) ②減少CO2的濃度 ③b.c

(2)①SO+SO2+H2O===2HSO

②abc

(3)①SO2-2e+2H2O===SO+4H

②0.03

【解析】I. (1) ①根據(jù)化合價,碳元素化合價降低,上述反應的還原產(chǎn)物為碳,碳的化合價變化2,每生成1 mol Fe3O4,轉移電子的物質的量為2mol;

②根據(jù)熱化學方程式:6FeO(s) +CO2(g)===2Fe3O4(s)+C(s) ΔH=-76.0 kJ·mol-1

C(s) +2H2O(g)===CO2(g)+2H2(g) ΔH=+113.4 kJ·mol-1

上式加下式除2得:3FeO(s) +H2O(g)===Fe3O4(s)+H2(g)的 ΔH=+18.7 kJ·mol-1

(2) 平衡常數(shù)K=[c(CH4)×c2(H2O)]/[ c(CO2)×c4(H2)]= 0.8×1.62/0.2×0.84=25;

200℃時該反應的平衡常數(shù)K=64.8,溫度降低平衡常數(shù)增大,反應為放熱反應,ΔH<0。

Ⅱ. (1) ①0~20 min反應速率表示為v(SO2)=(1-0.4)/20=0.03 mol/(L·min);

②30 min時,CO2的濃度減小,S2濃度增大,則改變的條件最有可能是減少CO2的濃度;

③由于反應中有C(s)參加,能說明上述反應達到平衡狀態(tài)的是:b. 混合氣體的密度不變、c. S2的濃度不變;

(2) ①Na2SO3溶液吸收SO2的離子方程式為:SO+SO2+H2O===2HSO;

常溫下,當吸收至NaHSO3,a項,根據(jù)電荷守恒:c(Na)+c(H)=2c(SO)+c(HSO)+c(OH),c(Na)+c(H)>c(SO)+c(HSO)+c(OH)正確;b項,物料守恒c(Na)=c(SO)+c(HSO)+c(H2SO3),正確;c項,c(Na)>c(HSO)>c(H)>c(SO),正確;d項,不知道NaHSO3溶液的pH,無法判斷水電離出c(H),錯誤。

(3) ①SO2轉化為硫酸,發(fā)生氧化反應,是負極電極反應式為:SO2-2e+2H2O===SO+4H;②當電路中轉移0.02 mol e時,左側增加了0.05 mol離子,0.02 mol H由左側轉移到右側,則實際增加0.03離子。

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