Question

SO₂是危害最为严重的大气污染物之一，SO₂的含量是衡量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。催化还原SO₂不仅可以消除SO₂污染，而且可得到有价值的单质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。已知CH₄和S的燃烧热分别为890.3kJ/mol和297.2kJ/mol，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，lmol/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ΔH_______________0 （填“＞”或“＜”）。

②计算a点的平衡常数为_______________________。

（4）工业上可用Na₂SO₃溶液吸收SO₂，该反应的离子方程式为__________________________，25℃时用1mol/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=-295.9 kJ/mol H2S 300℃ 2×10-3/t1 mol/(L· min) 2H2+SO2 S+2H2O ＜ 36.45 mol/L SO32- +SO2 + H2O === 2HSO3- c(Na+)＞c(HSO3-)＞c(SO32-)＞c(H+)=c(OH-)

【解析】（1）已知CH4和S的燃烧热分别为890.3kJ/mol和297.2kJ/mol，则有

①CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) △H=-890.3 kJ/mol

②S(s)+O2(g)===SO2(g) △H=-297.2 kJ/mol

根据盖斯定律可知①－②×2即得到CH4和SO2反应的热化学方程式为CH4(g)+2SO2(g)===CO2(g)+2S(s)+2H2O(l) △H=-295.9 kJ/mol。

（2）①氢气与二氧化硫反应生成X，X与SO2反应生成S，反应中X是还原剂，则X为H2S。0～t1时间段内主要是生成X，则反应的温度为300℃，0～t1时间段二氧化硫浓度减少0.002mol/L，则用SO2表示的化学反应速率为0.002mol/L÷t1min＝2×10-3/t1mol/(L·min)。②根据原子守恒可知反应中还有水生成，则总反应的化学方程式为2H2+SO2S+2H2O。（3）①达到平衡后，升高温度二氧化硫的转化率降低，说明平衡向逆反应方向进行，该反应的ΔH＜0。②a点SO2的转化率是0.9，消耗二氧化硫是0.9mol/L，生成CO2是0.9mol/L，S2(g)是0.45mol/L，剩余SO2是0.1mol/L，因此该温度下的平衡常数为＝36.45。（4）工业上可用Na2SO3溶液吸收SO2，该反应的离子方程式为SO32-+SO2+H2O===2HSO3-；25℃时用1mol/L的Na2SO3溶液吸收SO2，当溶液pH=7时，溶质是亚硫酸钠和亚硫酸氢钠的混合溶液，根据亚硫酸的第二步电离常数可知，因此溶液中各离子浓度的大小关系为c(Na+)＞c(HSO3-)＞c(SO32-)＞c(H+)=c(OH-)。