Question

硫元素有多种化合价，可形成多种化合物。 H₂S和SO₂在工农业生产中具有重要应用。

（1）H₂S气体溶于水形成的氢硫酸是一种二元弱酸，25℃时，在0.10 mol/L H₂S溶液中，通入HCl气体或加入NaOH固体以调节溶液pH，溶液pH与c(S^2-)关系如图I所示(忽略溶液体积的变化、H₂S的挥发)。

①pH=13时，溶液中的c(H₂S)+c(HS^-)=____________mol/L；

②某溶液含0.01 mol/LFe²⁺、未知浓度的Mn²⁺和0.10 mol/L H₂S，当溶液pH=

________时，Fe²⁺开始沉淀；当Mn²⁺开始沉淀时，溶液中=____________。

【已知：K_SP(FeS)=1.4×10^-19，K_SP(MnS)=2.8×10^-13】

（2） 利用催化氧化反应将SO₂转化为SO₃是工业上生产硫酸的关键步骤。已知：SO₂（g）＋1/2O₂（g） SO₃（g） △H＝－99kJ/mol。某温度下该反应的平衡常数K＝3.33。反应过程的能量变化如图II所示。

①图II中ΔH＝____________ kJ/mol；该反应通常用V₂O₅作催化剂，加V₂O₅会使图中A点降低，原因是_____________________________________________________ 。

②该温度下，向100 L的恒容密闭容器中，充入3.0 mol SO₂(g)、16.0 mol O₂(g)和3.0 mol SO₃(g)，则反应开始时v（正）______ v（逆）（填“＜”、“＞”或“＝”）。

③L（L₁、L₂）、X可分别代表压强或温度。图III表示L一定时，SO₂(g)的平衡转化率随X的变化关系。则X代表的物理量是____________；L₁、L₂的大小关系为L₁_________L₂（填“<”、“>”或“=”）。

Answer

0.043 2 2.0×106 -198 因为催化剂改变了反应历程，使活化能E降低 ＞ 温度 >

【解析】（1）①根据溶液pH与c（S2-）关系图pH=13时，c（S2-）=5.7×10-2mol/L，在0.10mol•L-1H2S溶液中根据硫守恒c（H2S）+c（HS-）+c（S2-）=0.10mol•L-1，所以c（H2S）+c（HS-）=0.1-5.7×10-2=0.043mol/L；②当Qc=Ksp（FeS）时开始沉淀，所以c（S2-）=Ksp(FeS)/c(Fe2+)

=1.4×10−19/0.01mol/L=1.4×10-17mol/L，结合图象得出此时的pH=2，所以pH=2时亚铁离子开始沉淀；溶液中c(Mn2+)/c(Fe2+)=Ksp(MnS)/Ksp(FeS)=2.8×10−13/1.4×10−19mol/L=2×106；（2）SO2（g）+1/2O2（g）⇌SO3（g）△H=-99kJ/mol， ①图象分析可知2molSO2和氧气全部反应，反应焓变△H=-99kJ/mol×2mol=-198kJ；E为活化能，反应热可表示为A、C活化能的大小之差，活化能的大小与反应热无关；加入催化剂改变了反应的途径，降低反应所需的活化能，所以E的变化是减小；②该温度下，向100L的恒容密闭容器中，充入3.0mol SO2（g）、16.0mol O2（g）和3.0mol SO3（g），浓度分别是（mol/L）0.03、0.16、0.03，浓度商Qc=0.03/0.03×0.161/2=2.5＜3.33，则反应开始时（正）＞v（逆）；③由图可知，X越大，转化率越低，该反应正反应为气体体积减小的反应，如果增大压强，二氧化碳的转化率大，所以X表示温度，温度升高，转化率下降，平衡逆向移动，增大压强，转化率大，所以L1＞L2。