Question

直接排放含SO₂的烟气会形成酸雨，危害环境。工业上常采用催化还原法和碱吸收法处理SO₂气体。

(1)下图所示：1mol CH₄完全燃烧生成气态水的能量变化和1mol S(g)燃烧的能量变化。在催化剂作用下，CH₄可以还原SO₂生成单质S(g)、H₂O(g)和CO₂，写出该反应的热化学方程式________________________________________________________。

(2)焦炭催化还原二氧化硫的化学方程式为2C(s)+2SO₂(g)S₂(g)+2CO₂(g)。一定压强下，向1L密闭容器中充入足量的焦炭和1molSO₂发生反应，测得SO₂的生成速率与S₂(g)的生成速率随温度变化的关系如图所示：

①A、B、C、D四点对应的状态中，达到平衡状态的有_____________(填字母)。

②该反应的△H_____0(填“>”“<”或“=”)。

③下列措施能够增大SO₂平衡转化率的是______________。

A．降低温度        B．增加C的量    C．减小容器体积        D．添加高效催化剂

(3)用氨水吸收SO₂。25℃时2．0mol·L^-1的氨水中，NH₃·H₂O的电离度α=______(×100％)。将含SO₂的烟气通入该氨水中，当溶液显中性时，溶液中的=_______。(已知25℃，K_b(NH₃·H₂O)=1.8×10^-5；K_a1(H₂SO₃)=1.3×10^-2，K_a2(H₂SO₃)=6.2×10^-8)

(4)当吸收液失去吸收能力后通入O₂可得到NH₄HSO₄溶液，用如图所示装置电解所得NH₄HSO₄溶液可制得强氧化剂(NH₄)₂S₂O₈

①写出电解NH₄HSO₄溶液的化学方程式____________。

②若用9．65A的恒定电流电解饱和NH₄HSO₄溶液1小时，理论上生成的(NH₄)₂S₂O₈的物质的量为________。(F=96500C·mol^-1)

Answer

CH4(g)+2SO2(g)=2S(g)+CO2(g)+2H2O(g), ∆H=352 KJ/mol; C < A 0.3% 0.62 2NH4HSO4==(NH4)2S2O8+H2↑ 0.18mol

【解析】（1）根据图像可知：①CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g) △H=Ea1-Ea2=126-928=-802J/mol；②S(s)+O2(g)===SO2(g)△H=-577 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(g)△H=352 kJ/mol；正确答案：CH4(g)+2SO2(g)===CO2(g)+2S(s)+2H2O(g) △H=352 kJ/mol。

(2) ①达到平衡状态时，速率之比和物质前面的系数成正比，且速率方向相反；因此A点时，SO2的生成速率与S2(g)的生成速率相等，不符合系数比关系，没有达到平衡状态；B点时SO2的生成速率与S2(g)的生成速率虽然不相等，但不符合系数比关系，没有达到平衡状态；C点SO2的生成速率与S2(g)的生成速率相差2倍关系，符合系数比关系, 达到平衡状态；D点时，SO2的生成速率与S2(g)的生成速率相差不是2倍关系，不符合系数比关系，没有达到平衡状态；正确选项C。

②从图像可出，升高温度，SO2的生成速率增加较快，反应逆向移动，该反应为放热反应，△H<0；正确答案：<。

③针对于可逆反应2C(s)+2SO2(g)S2(g)+2CO2(g)，△H<0；降低温度，平衡右移，SO2平衡转化率增大，A正确； C为纯固体，改变其用量，速率不变，平衡不移动，SO2平衡转化率不变，B错误；减小容器体积，增大压强，平衡左移，SO2平衡转化率减小，C错误；添加高效催化剂，只能加快反应速率，平衡不动，SO2平衡转化率不变，D错误；正确选项A。

(3) 电离平衡：NH3·H2ONH4++OH- 已知2．0mol·L-1的氨水中，已经电离的NH3·H2O为x mol·L-1,则剩余的c（NH3·H2O）=2-x mol·L-1,c(NH4+)=x mol·L-1，c(OH-)= x mol·L-1；根据Kb(NH3·H2O)=1.8×10-5= x2/(2-x)，x=0.006 mol·L-1，电离度α=×100％=0.006/2×100%=0.3%；将含SO2的烟气通入该氨水中，当溶液显中性时，c(H+)=c(OH-)=10-7mol/L，亚硫酸氢根离子电离平衡常数Ka2(H2SO3)=c(H+)×c(SO32-)/c(HSO3-),= Ka2(H2SO3)/c(H+)=6.2×10-8/10-7=0.62；正确答案：0.3%；0.62。

(4) ①NH4HSO4中硫元素为+6价，(NH4)2S2O8中硫元素为+2价，发生氧化反应，根据氧化还原反应规律，氢元素化合价降低，被还原为氢气，电解NH4HSO4溶液的化学方程式2NH4HSO4==(NH4)2S2O8+H2↑；正确答案：2NH4HSO4==(NH4)2S2O8+H2↑。

②根据公式：Q=It=9.65×60×60， 反应转移的电子物质的量为Q/ F=9.65×60×60/96500=0.36mol,根据2NH4HSO4==(NH4)2S2O8+H2↑可知，转移2 mol电子，生成1mol (NH4)2S2O8，现转移0.36mol电子，生成0.18 mol (NH4)2S2O8；正确答案：0.18。