Question

二氧化硫是造成大气污染的主要有害气体之一，工业制备硫酸的接触室中二氧化硫不能完全转化为三氧化硫，尾气必须处理。某兴趣小组模拟接触室中反应，如图是分别在三种不同实验条件下进行反应，反应物二氧化硫的浓度随时间的变化。

(1)工业制硫酸的接触室中用二氧化硫与氧气制三氧化硫的生产条件为_______。

(2)实验②，0～4min 平均反应速率v(O₂)=______。

(3)实验③可能改变的条件是什么：______请简述理由。______（已知正反应放热）

(4)二氧化硫尾气可以用氨水吸收，最终的产物可能有(NH₄)₂SO₄、(NH₄)₂SO₃、NH₄HSO₃。若三者的物质的量浓度相同时，铵根离子浓度由大到小的顺序为______。

(5)浓硫酸是常见的干燥剂，请解释不能干燥硫化氢与氨气的原因_____。

Answer

常压、催化剂、加热 0.00375mol/(L•min) 降低温度 实验③中反应达到平衡的时间增加，SO2的转化率升高 (NH4)2SO4、(NH4)2SO3、NH4HSO3 浓硫酸具有强氧化性会氧化硫化氢，具有酸性会与氨气反应

【解析】

(1)根据可逆反应的特点及化学反应速率、化学平衡移动原理分析；

(2)实验②，先计算0-4min v(SO2)平均反应速率，然后根据不同物质的速率关系，计算v(O2)；

(3)根据反应特点，结合达到平衡时间、平衡时SO2的含量判断反应条件；

(4)根据盐的组成判断NH4+浓度的大小；

(5)根据氧化还原反应规律分析。

(1)SO2与O2生成SO3的反应为可逆反应，方程式为：2SO2+O22SO3，由于升高温度、使用催化剂可加快反应速率，缩短达到平衡所需要的时间，所以反应要在催化剂、加热下进行，由于在常压下反应物SO2的转化率较大，若采用增大压强的方法，尽管增大压强，可以加快反应速率，可以使化学平衡正向移动，提高SO2的转化率，但产生大的动力消耗较大的能量，而且对设备的材料投入相应的也增大，平衡移动SO2的转化率增大不多，不经济，因此一般就采用常压条件下，加热和使用催化剂进行反应；

(2)对于实验②，根据图示可知在0～4min 内平均反应速率v(SO2)==0.0075 mol/(L•min)，由于用不同物质表示反应速率时，速率比等于化学计量数的比，所以v(O2)= v(SO2)=×0.0075 mol/(L•min)=0.00375mol/(L•min)；

(3)根据图象可知：实验③达到平衡所需时间长，说明反应速率减小，而且达到平衡时SO2的浓度降低，平衡含量降低，说明化学平衡正向移动，由于可逆反应2SO2+O22SO3的正反应是气体体积减小的放热反应，则改变的条件是降低反应温度；

(4)若产生的三种盐(NH4)2SO4、(NH4)2SO3、NH4HSO3的物质的量浓度相同，根据电离方程式(NH4)2SO4=2NH4++SO42-、(NH4)2SO3=2NH4++SO32-、NH4HSO3=NH4++HSO3-，可知铵根离子浓度最小的是NH4HSO3；(NH4)2SO4是强酸弱碱盐，只存在NH4+的水解作用，而(NH4)2SO3是弱酸弱碱盐，在溶液中NH4+、SO32-都发生水解反应，SO32-水解反应对NH4+的水解起促进作用，导致NH4+的浓度比(NH4)2SO4的小，所以若三者的物质的量浓度相同时，铵根离子浓度由大到小的顺序为(NH4)2SO4、(NH4)2SO3、NH4HSO3；

(5)浓硫酸是常见的干燥剂，浓硫酸中+6价的S具有强的氧化性，因而使具有强氧化性，而H2S具有还原性，二者会发生氧化还原反应产生S和H2O，因此不能干燥硫化氢；浓硫酸具有酸性，会与碱性气体氨气反应产生硫酸铵，因此也不能用硫酸干燥氨气。