Question

工业上由FeS₂制H₂SO₄的转化关系如下：



填写下列空白：
（1）已知吸收塔中每40gSO₃气体被水完全吸收生成液态硫酸放出65.15kJ，写出该反应的热化学方程式______；
（2）接触室内发生的反应为：
SO₂（g）+

1

2

O₂（g） 

催化剂 .

△

　SO₃（g）△H=a kJ?mol^-1
下表为不同温度（T）下该反应的化学平衡常数（K）：

T/K	673	723	823	923
K	423	37.4	20.5	4.68

①根据上表数据及化学平衡理论，上述反应中a______0（填“＞”或“＜”）；
②K值越大，表明反应达到平衡时______（填标号）．
A．SO₂的转化率一定越高　　　　　B．SO₃的产量一定越大
C．正反应进行得越完全　　　　  D．化学反应速率越大
（3）考虑综合经济效益，当炉渣含铁量大于45%时，可用于制硫酸亚铁等．下列利用炉渣里的Fe₂O₃制FeSO₄的方案中，最能体现绿色化学理念的方案是______（填标号）；
A．Fe₂O₃

CO

高温

Fe

浓硫酸

FeSO₄；B．Fe₂O₃

浓硫酸

Fe₂（SO₄）₃

铁屑

FeSO₄；C．Fe₂O₃

铁粉

高温

Fe

浓硫酸

FeSO₄
（4）为了探究接触室里催化剂颗粒（粗颗粒和细颗粒），反应的温度（673K和723K），反应的压强（101Kpa和1010Kpa）对反应速率的影响，通过变换这些实验条件，至少需要完成______个实验然后进行对比得出结论；
（5）为实现绿色环保、节能减排和废物利用等目的，某硫酸厂用碳酸钙作吸收剂与水配成浆液，洗涤尾气（SO₂的体积分数为0.200%）并吸收SO₂，得到石膏（CaSO₄?2H₂O）．求：22.4m³（标准状况下）的尾气可制得石膏______千克；（取两位有效数字）（设二氧化硫的利用率为80.0% ）
（6）科学家研究出以图所示装置用电化学原理生产硫酸的新工艺，其阳极的电极反应式为______，总反应的化学方程式为______．

Answer 1

（1）40gSO₃气体物质的量为0.5mol，生成液态硫酸放出65.15kJ，
则1molSO₃气体被水完全吸收生成液态硫酸放出130.3kJ热量，
热化学方程式为：SO₃（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）△H=-130.3kJ/mol，
故答案为：SO₃（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）△H=-130.3kJ/mol；
（2）①化学平衡常数的大小可以表示反应进行的程度．化学平衡常数只与温度有关，吸热反应平衡常数随温度升高而增大，放热反应则相反．根据表中数据可知：随温度升高平衡常数减小，说明正反应为放热反应，放热反应△H＜0，
故SO₂（g）+

1

2

O₂（g） 

催化剂 .

△

　SO₃（g）△H=a kJ?mol^-1 反应中a＜0，为负值．
故答案为：＜；
②A．化学平衡常数的大小可以表示反应进行的程度．K值越大，表明反应进行的程度越大，而反应进行的程度越大，并不意味SO₂的转化率一定越高，故A不正确；　　　　
B．K值越大，表明反应进行的程度越大，而反应进行的程度越大，并不意味SO₃的产量一定越大，产量还取决与反应物的投料量等因素．故B不正确；
C．化学平衡常数的大小可以表示反应进行的程度．K值越大，表明反应进行的程度越大，正反应进行得越完全．故C正确；
D．化学平衡常数的大小可以表示反应进行的程度．不表示反应的快慢，与化学反应速率无关．故D不正确；
故答案为：C； 
（3）A．Fe₂O₃ 与CO反应需要高温，消耗大量能量，然后Fe与浓硫酸反应时有二氧化硫放出，污染环境，不符合绿色化学理念．故A不正确；
B．Fe₂O₃ +3H₂SO₄ ═Fe₂（SO₄）₃ +3H₂O，Fe₂（SO₄）₃ +Fe═3FeSO₄，反应中无污染物产生，最能体现绿色化学理念的方案．故B正确；
C．Fe与浓硫酸反应时有二氧化硫放出，污染环境，不符合绿色化学理念．故C不正确；
故答案为：B；
（4）

实验序号	催化剂颗粒大小	温度（K）	压强（KPa）
1	粗颗粒	673	101Kpa增大到1010Kpa
2	细颗粒	673	101Kpa增大到1010Kpa
3	粗颗粒	673K增大到723K	101Kpa
4	细颗粒	673K增大到723K	101Kpa

第一组和第二组保持温度不变，逐步增大压强，对比催化剂粗颗粒与细颗粒对反应速率的影响，
第三组和第四组保持压强不变，逐步升高温度，对比催化剂粗颗粒与细颗粒对反应速率的影响，
所以通过变换这些实验条件，至少需要完成4个实验然后进行对比才能得出结论，
故答案为：4； 
（5）设可制得石膏物质的量为x，
22.4m³（标准状况下）的尾气物质的量为：

22400L

22.4L/mol

=1000mol，
尾气中SO₂的体积分数为0.200%，得SO₂物质的量为：1000mol×0.200%=2mol，二氧化硫的利用率为80.0%，
反应方程式为：CaCO₃+SO₂+H₂O═CaSO₃+CO₂↑+H₂O、2CaSO₃+O₂+4H₂O═2CaSO₄?2H₂O，
根据硫元素守恒得：SO₂ ～CaSO₄?2H₂O
                 1mol        1mol
              2mol×80.0%     x
解得：x=1.6mol，
则石膏的质量为：1.6mol×172g/mol=275.2g≈0.28Kg，
故答案为：0.28；
（6）电解池中阳极是还原剂发生氧化反应，阴极是氧化剂发生还原反应．根据题意可知：通入二氧化硫的电极为阳极，通入氧气的电极为阴极，阳极反应：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺，阴极反应：O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O，阴、阳电极反应合并得总反应为：2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄．
故答案为：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺、2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄．