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890.3 kJ /mol 和297.2 kJ /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）工业上可用Na₂SO₃溶液吸收SO₂，该反应的离子方程式为__________________________，比较Na₂SO₃ 溶液中各离子浓度的大小关系为__________________。

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 SO32- +SO2 + H2O === 2HSO3- c(Na+)＞＞c(SO32-)＞c(OH-)＞c(HSO3-)＞c(H+)

【解析】本题以消除大气污染物SO2的各种方法讨论为基础，主要考查盖斯定律、热化学方程式、质量守恒定律、化学反应速率计算、离子方程式、离子浓度大小比较等基础知识，考查考生的读图能力、对化学反应过程的综合分析能力和化学知识的综合运用能力。

解析：（1）根据已知可得CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-890.3 kJ/mol……①、S(s)+O2(g)=SO2(g) △H=-297.2 kJ/mol……②，CH4使SO2转化为S的反应原理是CH4+2SO2=2S+CO2+2H2O，反应①-②×2得CH4(g)+2SO2(g)=2S(s)+CO2(g)+2H2O(l) △H=-295.9 kJ/mol。正确答案：CH4(g)+2SO2(g)=2S(s)+CO2(g)+2H2O(l) △H=-295.9 kJ/mol。（2）第一步300℃时，对应图2 的0~t1时间段，通过读图可知参加反应的H2 6×10-3mol/L、SO2 (3-1)×10-3mol/L、生成X 2×10-3mol/L，因此反应过程中这三种物质的计量系数之比为3:1:1，既3H2+SO2→X……③。同理100~200℃反应为2X+SO2→S……④。H2还原SO2生成S的同时产生H2O，既SO2+2H2=S+2H2O，所以反应④参加反应的O元素生成H2O，反应④为2X+SO2=S+2H2O，根据质量守恒定律X为H2S。0~t1时间段用SO2表示的化学反应速率为。正确答案：H2S、300℃、、SO2+2H2=S+2H2O。（3）Na2SO3吸收SO2反应生成NaHSO3，反应离子方程式为SO32-+SO2+H2O =2HSO3-。Na2SO3溶液中，Na2SO3=2Na++SO32-，SO32-+H2OHSO3-+OH-、HSO3-+H2OH2SO3+OH-， H2OH++OH-，其中SO32-水解只占总SO32-的一小部分，HSO3-水解只占第一步水解生成的总HSO3-的一小部分，且SO32-水解程度大于HSO3-。所以溶液中各离子浓度大小关系为c(Na+)＞c(SO32-)＞c(OH-)＞c(HSO3-)＞c(H+)。正确答案：SO32-+SO2+H2O =2HSO3-、c(Na+)＞c(SO32-)＞c(OH-)＞c(HSO3-)＞c(H+)。