Question

中国尿素合成塔(尿塔)使用寿命仅为欧美国家的1/4。为此北京钢铁研究院对某尿塔腐蚀过程进行研究，得出下列腐蚀机理：

(1)H₂S来自合成尿素的天然气。在380K、体积为2L的密闭容器中，存在反应：H₂(g)＋S(s)H₂S(g)   △H＝＋21.6 kJ·mol^－1。反应达到平衡时，H₂、S、H₂S的物质的量均为3 mol。

①380K时该反应的化学平衡常数为__________。

②下列对该反应分析正确的是_________(填序号)。

(2)反应II的化学方程式为：____________________________________。

(3)已知室温下H₂S₂O₃：K₁＝2.2×10^－1，K₂＝2.5×10^－2。

①Na₂S₂O₃水溶液中电荷守恒式为___________________________；

②反应IV的化学方程式_____________________________________。该反应_________(填“能”或“不能”)说明FeS溶解性强于FeS₂O₃。

(4)此尿塔的最终腐蚀产物为__________________。为了有效防腐，北钢建议该尿塔在生产中用CuSO₄溶液“脱硫(H₂S)”，离子反应方程式为_________。(室温下，H₂S：K₁＝1.3×10^－7、K₂＝7.1×10^－15。CuS：Ksp＝6.3×10^－36)

Answer

1 ab 4FeS＋7O2＝2Fe2O3＋4SO2 c(Na＋)＋c(H＋)＝2c(S2O32－)＋c(HS2O3－)＋c(OH－) FeS＋H2S2O3＝H2S↑＋FeS2O3 不能 Fe2O3、FeS2O3 Cu2＋＋H2S＝CuS↓＋2H＋

【解析】

根据平衡常数的公式进行计算，固体不带入；该反应正反应是吸热反应，温度升高平衡向正反应移动；增大压强平衡不移动，但容器体积减小，硫化氢的浓度增大；升高温度反应速率加快；增大硫化氢的浓度，等效为增大压强；根据反应流程图可知，反应II主要反应物有O2、FeS，主要产物有SO2、Fe2O3，再根据得失电子守恒配平方程；反应II和反应IV的最终产物是Fe2O3、FeS2O3，硫化氢与硫酸铜反应生成硫化铜沉淀与硫酸，相当于强制弱的反应。

(1) ①根据平衡常数的公式进行计算，固体不带入，故该反应的平衡常数K= = =1，②该反应正反应是吸热反应，温度升高平衡向正反应移动，平衡常数增大，图象与实际相符合；增大压强平衡不移动，但容器体积减小，硫化氢的浓度增大；升高温度反应速率加快，图象中正反应速率不变；增大硫化氢的浓度，等效为增大压强，平衡不移动，各组分的含量不变，图象与实际不相符；H2S2O3属于弱酸，该溶液中存在的离子有Na＋、H＋、S2O32－、HS2O3－、OH－；反应IV的主要反应物有H2S2O3、FeS，主要产物有H2S、FeS2O3；

故答案为：1；ab；

(2)根据反应流程图可知，反应II主要反应物有O2、FeS，主要产物有SO2、Fe2O3，再根据得失电子守恒配平方程，可得：4FeS＋7O2＝2Fe2O3＋4SO2；

故答案为：4FeS＋7O2＝2Fe2O3＋4SO2；

(3)电荷守恒：溶液中所有正离子的电荷数等于所有阴离子的负电荷数，由电离平衡常数可知，H2S2O3属于弱酸，该溶液中存在的离子有Na＋、H＋、S2O32－、HS2O3－、OH－，故有电荷守恒：c(Na＋)＋c(H＋)＝2c(S2O32－)＋c(HS2O3－)＋c(OH－)；根据反应流程图可知，反应IV的主要反应物有H2S2O3、FeS，主要产物有H2S、FeS2O3，可以写出反应IV的化学方程式为：FeS＋H2S2O3＝H2S↑＋FeS2O3学；该反应属于复分解反应，不能说明二者的溶解度大小；

故答案为：c(Na＋)＋c(H＋)＝2c(S2O32－)＋c(HS2O3－)＋c(OH－)； FeS＋H2S2O3＝H2S↑＋FeS2O3；不能；

(4)由流程图可知，反应II和反应IV的最终产物是Fe2O3、FeS2O3，故此尿塔的最终腐蚀产物为为Fe2O3、FeS2O3；硫化氢与硫酸铜反应生成硫化铜沉淀与硫酸，相当于强制弱的反应，反应离子方程式为：Cu2++H2S=CuS↓+2H+；

故答案为：Fe2O3、FeS2O3；Cu2++H2S=CuS↓+2H+。