Question

【题目】燃煤烟气中含有大量的二氧化硫，进行脱硫处理可以减少环境污染，变废为宝。

（1）H2还原法是处理燃煤烟气中SO2的方法之一。已知：2H2S(g)＋SO2(g)＝3S(s)＋2H2O(l) ΔH=a kJ·mol－1；H2S(g)＝H2(g)＋S(s) ΔH=b kJ·mol－1；H2O(l)＝H2O(g) ΔH=c kJ·mol－1；写出SO2(g)和H2(g)反应生成S(s)和H2O(g)的热化学方程式：_______。

（2）新型纳米材料氧缺位铁酸盐（ZnFe2Ox）能使工业废气中酸性氧化物分解除去，若2 mol ZnFe2Ox与足量SO2可生成2 mol ZnFe2O4和1.0 mol S，则x＝_______。

（3）一种以铜作催化剂脱硫有如下两个过程：

①在铜的作用下完成工业尾气中SO2的部分催化氧化，所发生反应为：2SO2＋2n Cu＋(n＋1)O2＋(2－2 n)H2O＝2n CuSO4＋(2－2n) H2SO4，吸收标准状况下11.2L SO2，被SO2还原的O2的质量为______g。

②利用如所示电化学装置吸收另一部分SO2，并完成Cu的再生。写出装置内所发生反应的离子方程式______；若用甲烷燃料电池作电源（电解质溶液呈碱性），负极的反应式为_______。

Answer 1

【答案】SO2(g)＋2H2(g)＝S(s)＋2H2O(g) ΔH=(a－2b＋2c) kJ·mol—1 3 8 SO2＋2H2O＋Cu2＋4H＋＋SO＋Cu CH4－8e－＋10OH－＝CO＋7H2O

【解析】

根据题干要求书写热化学方式，运用盖斯定律计算放热；根据氧化还原反应中电子转移守恒进行相关计算；根据反应方程式及气体摩尔体积进行相关计算；根据电解质及燃料电池原理书写电极反应式。

（1）根据盖斯定律得：由I 2H2S(g)＋SO2(g)＝3S(s)＋2H2O(l) ΔH1=a kJ·mol－1；II H2S(g)＝H2(g)＋S(s) ΔH2=b kJ·mol－1； III H2O(l)＝H2O(g) ΔH3=c kJ·mol－1；得I-2II+2III：SO2(g)＋2H2(g)＝S(s)＋2H2O(g)， ΔH=ΔH1-2ΔH1+2ΔH1=(a－2b＋2c) kJ·mol—1，所以热化学方程式为：SO2(g)＋2H2(g)＝S(s)＋2H2O(g) ΔH=(a－2b＋2c) kJ·mol—1，故答案为：SO2(g)＋2H2(g)＝S(s)＋2H2O(g) ΔH=(a－2b＋2c) kJ·mol—1；

（2）该反应为氧化还原反应，根据电子得失守恒分析得： 硫元素得电子数目为：(+4-0)×1mol=4mol，ZnFe2O4中铁元素化合价为+3，ZnFe2Ox中铁元素化合价为x-1，铁元素失电子数目为[3-(x-1)]×4mol=4mol，则x=3：故答案为：3；

（3）①2SO2+ O2= 2SO3

44.8L 32g

11.2L m

解得m=8g；

②分析图中电解装置，可知左边石墨是电解池的阳极，右边是阴极；阳极放电的物质二氧化硫，失去电子生成硫酸根离子，电极反应式：SO2-2e-+2H2O=SO42-+2H+；阴极放电的物质时铜离子，得到电子被还原成单质铜，电极反应式：Cu2++2e-=Cu；将上述两电极的电极反应相加得：SO2＋2H2O＋Cu2＋4H＋＋SO＋Cu；甲烷燃料电池中，甲烷为负极，失电子发生氧化反应，因为电解质呈碱性，则产物为碳酸根，负极反应式为：CH4－8e－＋10OH－＝CO，故答案为：8； SO2＋2H2O＋Cu2＋4H＋＋SO＋Cu；CH4－8e－＋10OH－＝CO。