Question

【題目】工業制硫酸的反應原理主要有下列三個反應：

①FeS2(s)+O2(g)Fe2O3(s)+SO2(g)；ΔH1

②2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)； ΔH2

③SO3+H2O=H2SO4

Ⅰ.(1)反應①配平后各物質系數分別為_____、______、_______、______。若每生成1molSO2時反應放熱426.5kJ，則ΔH1=_______________。

(2)工業生產中將FeS2礦石粉碎后投入反應器中反應，這樣做的目的是___________。

Ⅱ.下表是不同溫度和壓強下反應②中SO2的轉化率

	0.1Mp	0.5Mp	1Mp	10Mp
400℃	99.2	99.6	99.7	99.9
500℃	93.5	96.9	97.8	99.3
600℃	73.7	85.8	89.5	96.4

(3)反應②是氣體體積縮小的可逆反應，增大壓強有利于提高原料轉化率，但工業生產中該反應在常壓下進行，采用常壓生產條件的理由是_______________________。

(4)若原料氣組成：SO2 7%，O211%，N2 82%，在溫度和壓強不變的條件下，混合氣體體積變為原來的97.2%，則SO2的轉化率為_________。

Ⅲ.尾氣中的二氧化硫對環境造成污染，需要處理后才能排放。常用亞硫酸鈉吸收法。

(5)Na2SO3溶液吸收SO2的離子方程式為________________________ ；

(6)常溫下，當吸收至pH=6時，吸收液中相關離子濃度關系一定正確的是____(填序號)

A.c(Na+)+c(H+)>c(SO32-)+c(HSO3-)+c(OH-)

B.c(Na+)=c(SO32-)+c(HSO3-)+C(H2SO3)

C.c(Na+)>c(SO32-)>c(OH-)>c(H+)

D.水電離出c(OH-)=l×l0-8 mol·L-1

Answer 1

【答案】4 11 2 8 3412 kJ/mol 增大反應接觸面積，提高反應速率，原料反應更充分 常壓下已有較高的轉化率，采用常壓生產可減少能源消耗 80% SO32-+SO2+H2O=2HSO3- AD

【解析】

(1)根據氧化還原反應中電子守恒、原子守恒配平，物質反應放出的熱量與反應的物質多少成正比，據此計算；

(2)根據固體物質對化學反應速率的影響分析判斷；

(3)從增大壓強需要的動力能耗分析判斷；

(4)根據反應前后氣體體積差計算反應的SO2的物質的量，然后根據轉化率計算；

(5)Na2SO3與SO2、H2O反應產生NaHSO3，據此書寫反應的離子方程式；

(6)A.根據電荷守恒判斷；

B.根據物料守恒判斷；

C.NaHSO3溶液中HSO3-的電離程度大于其水解程度；

D.水電離出氫離子濃度等于溶液中氫氧根離子濃度，根據溶液的pH計算水電離出氫離子濃度。

(1)在這個反應中，Fe元素化合價由反應前FeS2中的+2價變為反應后Fe2O3中的+3價，化合價升高1價，S元素化合價由反應前FeS2中的-1價變為反應后SO2中的+4價，化合價升高5×2=10價，FeS2共升高11價，O元素的化合價由反應前O2中的0價變為反應后Fe2O3、SO2中的-1價，化合價降低2×2=4價，化合價升降最小公倍數是44，所以FeS2的系數是4，Fe2O3的系數是2，SO2的系數是8，O2的系數是11，故該反應配平后的化學方程式為4FeS2(s)+11O2(g)2Fe2O3(s)+8SO2(g)；若每生成1molSO2時反應放熱426.5kJ，則在該反應在產生8molSO2，放出熱量是8×426.5kJ=3412kJ，故ΔH1=3412kJ/mol；

(2)工業生產中將FeS2礦石粉碎后投入反應器中反應，這樣做目的是增大反應接觸面積，提高反應速率，原料反應更充分；

(3)反應②是氣體體積縮小的可逆反應，增大壓強有利于提高原料轉化率，但工業生產中該反應在常壓下進行，采用常壓生產條件的理由是常壓下已有較高的轉化率，采用常壓生產可減少能源消耗，降低投資成本；

(4)反應方程式為：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)：根據方程式可知：每有2體積SO2反應，會消耗1體積的O2，反應產生2體積的SO3，反應后氣體體積減小1體積，假設原 氣體體積是100L，則SO2 7L，O211L，N2 82L，由于反應后氣體體積是原來的97.2%，反應后氣體體積為97.2L，氣體體積減小了2.8L，說明SO2反應了5.6L，因此SO2反應轉化率為(5.6L÷7L)×100%=80%；

(5)Na2SO3與SO2、H2O反應產生NaHSO3，反應的離子方程式為：SO32-+SO2+H2O=2HSO3-；

(6)A.根據電荷守恒：c(Na+)+c(H+)=2c(SO32-)+c(HSO3-)+c(OH-)，所以c(Na+)+c(H+)>c(SO32-)+c(HSO3-)+c(OH-)，A正確；

B.溶液pH等于6，不能確定溶液的成分是NaHSO3還是NaHSO3與少量Na2SO3的混合溶液，因此不能確定溶液中c(Na+)與含有S元素的微粒的濃度關系，B錯誤；

C.常溫下，當吸收至pH=6時，說明溶液中c(H+)>c(OH-)，C錯誤；

D.由于反應后溶液的pH=6，則c(H+)=10-6mol/L，根據水的離子積常數可知c(OH-)= l×10-14mol2/L2÷l×10-6mol/L= l×10-8mol/L；水電離出氫離子濃度等于溶液中氫氧根離子濃度，所以溶液中水電離出氫離子濃度c(H+)= c(OH-)= l×10-8mol/L，D正確；

故合理選項是AD。