Question

SO₂的含量是衡最大气污染的一个重要指标，工业上常采用催化还原法或吸收法处理SO₂。利用催化还原SO₂不仅可消除SO₂污染，而且可得到有经济价值的单质S。

（1）在复合组分催化剂作用下，CH₄可使SO₂转化为S，同时生成CO₂和H₂O。己知CH₄和S的燃烧热(△H)分别为-890.3kJ/mol和-297.2kJ/mol，则CH₄和SO₂反应的热化学方程式为_____________。

（2）用H₂还原SO₂生成S的反应分两步完成，如图1所示，该过程中相关物质的物质的量浓度随时间的变化关系如图2所示:

①分析可知X为______(写化学式)，0～t₁时间段的温度为_____，0～t₁时间段用SO₂表示的化学反应速率为________。

②总反应的化学方程式为_____________。

（3）焦炭催化还原SO₂生成S₂,化学方程式为:2C(s)+2SO₂(g)S₂(g)+2CO₂(g)，恒容容器中，1mol/LSO₂与足量的焦炭反应，SO₂的转化率随温度的变化如图3所示。

①该反应的△H____0(填“＞”或“＜”)。

②算a点的平衡常数为_________。

（4）工业上可用Na₂SO₃溶液吸收法处理SO₂,25℃时用1mo/L的Na₂SO₃溶液吸收SO₂。当溶液pH=7时，溶液中各离子浓度的大小关系为________。已知:H₂SO₃的电离常数K₁=1.3×10^-2，K₂=6.2×10^-8。

Answer

CH4(g)+2SO2(g)=CO2(g)+2S(s)+2H2O(l) △H=-295.9kJ/mol H2S 300℃ 2×10-3/t1mol/(L·min) 2H2+SO2S+2H2O ＜ 36.45mol/L c(Na+)＞c(HSO3-)＞c(SO32-)＞c(H+)=c(OH-)

【解析】

(1)CH4和S的燃烧热分别为890.3kJ/mol和297.2kJ/mol，可知热化学方程式：①CH4(g)+2O2(g)＝CO2(g)+2H2O(l)△H=-890.3kJ/mol，②S(s)+O2(g)＝SO2(g)△H=-297.2kJ/mol，根据盖斯定律，将①-②×2可得CH4(g)+2SO2(g)＝CO2(g)+2S(s)+2H2O(l)△H=-295.9kJ/mol，故答案为CH4(g)+2SO2(g)＝CO2(g)+2S(s)+2H2O(l)△H=-295.9kJ/mol；

(2)①根据图1可知，在300℃时，SO2和H2反应生成H2S，在100℃到200℃时，H2S和SO2反应生成S和水，故X为H2S；在图2中，0～t1时间段SO2和H2的浓度降低，H2S的浓度升高，故0～t1时间段温度为300℃；用SO2表示的化学反应速率v===×10−3 mol/(L·min)，故答案为H2S；300℃；×10−3 mol/(L·min)；

②根据分析可知，SO2和H2最终反应生成S和水，故化学方程式为2H2+SO2＝S+2H2O，故答案为2H2+SO2＝S+2H2O；

(3)①根据图像可知，平衡后升高温度，SO2的转化率降低，即平衡左移，此反应为放热反应，即△H＜0，故答案为＜；

②由于点a的二氧化硫的转化率为90%，故有：

故平衡常数K===36.45，故答案为36.45；

(4)Na2SO3溶液吸收SO2生成NaHSO3，离子方程式为SO32-+SO2+H2O＝2HSO3-；25℃时用1mol/L的Na2SO3溶液吸收SO2，当溶液pH=7时，溶液中的溶质为Na2SO3和NaHSO3，故c(Na+)最大，c(H+)=c(OH-)=10-7mol/L，根据K2=6.2×10-8=可知=0.62，故c(HSO3-)＞c(SO32-)，则有：c(Na+)＞c(HSO3-)＞c(SO32-)＞c(H+)=c(OH-)，故答案为c(Na+)＞c(HSO3-)＞c(SO32-)＞c(H+)=c(OH-)。