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，将含SO₂的烟气通入一定浓度的氨水中，当溶液显中性时，溶液中的=_____________。(已知25℃，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，请写出电解NH₄HSO₄溶液的化学方程式_______________。

Answer

CH4(g)+2SO2(g)=2S(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=+352 kJ·mol-1 C < A 0.62 2NH4HSO4 (NH4)2S2O8+H2↑

【解析】

（1）根据图像信息结合盖斯定律进行推算；

(2) ①达到平衡状态时，不同物质表示的正逆反应速率之比等于化学计量数之比，据此进行判断；

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；

③A、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；

B、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；

C、减小容器体积，增大压强，平衡左移，SO2平衡转化率减小；

D、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；

(3)根据电离平衡常数的公式进行计算，Ka2(H2SO3)=，=；

(4) NH4HSO4中硫元素为+6价，(NH4)2S2O8中硫元素为+7价，阳极SO42-失去电子发生氧化反应生成S2O82-，阴极H+得到电子被还原为氢气。

（1）根据图像可知：①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H=Ea1-Ea2=126kJ/mol-928kJ/mol=-802kJ/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，不同物质表示的正逆反应速率之比等于化学计量数之比；因此A点时，SO2的生成速率与S2(g)的生成速率相等，不符合化学计量数之比，没有达到平衡状态；B点时SO2的生成速率与S2(g)的生成速率不相等，但不符合化学计量数之比，没有达到平衡状态；C点SO2的生成速率与S2(g)的生成速率之比为2:1，符合化学计量数之比，达到平衡状态；D点时，SO2的生成速率与S2(g)的生成速率不是2倍关系，不符合化学计量数之比，没有达到平衡状态；答案选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；

③A、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，选项A正确；

B、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，选项B错误；

C、减小容器体积，增大压强，平衡左移，SO2平衡转化率减小，选项C错误；

D、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，选项D错误；

答案选A；

(3)25℃时，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)=，===0.62；

(4) NH4HSO4中硫元素为+6价，(NH4)2S2O8中硫元素为+7价，阳极SO42-失去电子发生氧化反应生成S2O82-，阴极H+得到电子被还原为氢气，电解NH4HSO4溶液的化学方程式2NH4HSO4(NH4)2S2O8+H2↑；正确答案：2NH4HSO4(NH4)2S2O8+H2↑。