Question

【题目】研究碳和硫的化合物的性质，有助于合理控制温室效应、环境污染，并能进行资源化利用，还可重新获得燃料或重要工业产品。

I. (1)有科学家提出可利用FeO吸收和利用CO2，相关热化学方程式如下：

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

①上述反应的还原产物为 ，每生成1 mol Fe3O4，转移电子的物质的量为________mol；

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

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

(2)在一定条件下，二氧化碳转化为甲烷的反应如下：CO2(g)＋4H2(g) CH4(g)＋2H2O(g)。向一容积为2 L的恒容密闭容器中充入一定量的CO2和H2，在300℃时发生上述反应，达到平衡时各物质的浓度分别为CO2 0.2 mol·L－1，H2 0.8 mol·L－1，CH4 0.8 mol·L－1，H2O 1.6 mol·L－1。则300℃时上述反应的平衡常数K＝________。200℃时该反应的平衡常数K＝64.8，则该反应的ΔH________(填“>”或“<”)0。

Ⅱ. SO2直接排放会对环境造成危害。SO2的尾气处理通常有以下几种方法：

(1)活性炭还原法

反应原理：恒温恒容时2C(s)＋2SO2(g)S2(g)＋2CO2(g)。

反应进行到不同时间测得各物质的浓度如图：

①0～20 min反应速率表示为v(SO2)＝________；

②30 min时，改变某一条件平衡发生移动，则改变的条件最有可能是________；

③能说明上述反应达到平衡状态的是 。

a. SO2 的消耗速率与CO2 的生成速率相同 b. 混合气体的密度不变

c. S2的浓度不变 d. SO2 与S2的物质的量之比为2:1

(2)亚硫酸钠吸收法

①Na2SO3溶液吸收SO2的离子方程式为__________________；

②常温下，当吸收至NaHSO3时，吸收液中相关离子浓度关系一定正确的是________(填序号)。

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．水电离出c(H＋)＝1×10－8 mol/L

(3)电化学处理法

①如图所示，Pt(Ⅰ)电极的电极反应式为__________________；

②当电路中转移0.02 mol e－时(较浓H2SO4尚未排出)，交换膜左侧溶液中约增加________mol离子。

Answer 1

【答案】I. (1)① C, 2 ②＋18.7 kJ·mol－1

(2)25 <

Ⅱ.(1)①0.03 mol/(L·min) ②减少CO2的浓度 ③b.c

(2)①SO＋SO2＋H2O===2HSO

②abc

(3)①SO2－2e－＋2H2O===SO＋4H＋

②0.03

【解析】I. (1) ①根据化合价，碳元素化合价降低，上述反应的还原产物为碳，碳的化合价变化2，每生成1 mol Fe3O4，转移电子的物质的量为2mol；

②根据热化学方程式：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) 平衡常数K=[c（CH4）×c2（H2O）]/[ c（CO2）×c4（H2）]= 0.8×1.62/0.2×0.84=25；

200℃时该反应的平衡常数K＝64.8，温度降低平衡常数增大，反应为放热反应，ΔH<0。

Ⅱ. (1) ①0～20 min反应速率表示为v(SO2)＝（1-0.4）/20=0.03 mol/(L·min)；

②30 min时，CO2的浓度减小，S2浓度增大，则改变的条件最有可能是减少CO2的浓度；

③由于反应中有C(s)参加，能说明上述反应达到平衡状态的是：b. 混合气体的密度不变、c. S2的浓度不变；

(2) ①Na2SO3溶液吸收SO2的离子方程式为：SO＋SO2＋H2O===2HSO；

②常温下，当吸收至NaHSO3时，a项，根据电荷守恒：c(Na＋)＋c(H＋)=2c(SO)＋c(HSO)＋c(OH－)，c(Na＋)＋c(H＋)>c(SO)＋c(HSO)＋c(OH－)正确；b项，物料守恒c(Na＋)＝c(SO)＋c(HSO)＋c(H2SO3)，正确；c项，c(Na＋)>c(HSO)>c(H＋)>c(SO)，正确；d项，不知道NaHSO3溶液的pH，无法判断水电离出c(H＋)，错误。

(3) ①SO2转化为硫酸，发生氧化反应，是负极，电极反应式为：SO2－2e－＋2H2O===SO＋4H＋；②当电路中转移0.02 mol e－时，左侧增加了0.05 mol离子，有0.02 mol H＋由左侧转移到右侧，则实际增加0.03离子。