Question

工業(yè)上由FeS₂制H₂SO₄的轉(zhuǎn)化關(guān)系如下：

填寫下列空白：
（1）已知吸收塔中每40gSO₃氣體被水完全吸收生成液態(tài)硫酸放出65.15kJ，寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式______；
（2）接觸室內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)為：
SO₂（g）+O₂（g） 　SO₃（g）△H=a kJ?mol^-1
下表為不同溫度（T）下該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)（K）：

T/K	673	723	823	923
K	423	37.4	20.5	4.68

①根據(jù)上表數(shù)據(jù)及化學(xué)平衡理論，上述反應(yīng)中a______0（填“＞”或“＜”）；
②K值越大，表明反應(yīng)達到平衡時______（填標號）．
A．SO₂的轉(zhuǎn)化率一定越高　　　　　B．SO₃的產(chǎn)量一定越大
C．正反應(yīng)進行得越完全　　　　　D．化學(xué)反應(yīng)速率越大
（3）考慮綜合經(jīng)濟效益，當爐渣含鐵量大于45%時，可用于制硫酸亞鐵等．下列利用爐渣里的Fe₂O₃制FeSO₄的方案中，最能體現(xiàn)綠色化學(xué)理念的方案是______（填標號）；
A．Fe₂O₃FeFeSO₄；B．Fe₂O₃Fe₂（SO₄）₃FeSO₄；C．Fe₂O₃FeFeSO₄
（4）為了探究接觸室里催化劑顆粒（粗顆粒和細顆粒），反應(yīng)的溫度（673K和723K），反應(yīng)的壓強（101Kpa和1010Kpa）對反應(yīng)速率的影響，通過變換這些實驗條件，至少需要完成______個實驗然后進行對比得出結(jié)論；
（5）為實現(xiàn)綠色環(huán)保、節(jié)能減排和廢物利用等目的，某硫酸廠用碳酸鈣作吸收劑與水配成漿液，洗滌尾氣（SO₂的體積分數(shù)為0.200%）并吸收SO₂，得到石膏（CaSO₄?2H₂O）．求：22.4m³（標準狀況下）的尾氣可制得石膏______千克；（取兩位有效數(shù)字）（設(shè)二氧化硫的利用率為80.0% ）
（6）科學(xué)家研究出以圖所示裝置用電化學(xué)原理生產(chǎn)硫酸的新工藝，其陽極的電極反應(yīng)式為______，總反應(yīng)的化學(xué)方程式為______．

Answer 1

解：（1）40gSO₃氣體物質(zhì)的量為0.5mol，生成液態(tài)硫酸放出65.15kJ，
則1molSO₃氣體被水完全吸收生成液態(tài)硫酸放出130.3kJ熱量，
熱化學(xué)方程式為：SO₃（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）△H=-130.3kJ/mol，
故答案為：SO₃（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）△H=-130.3kJ/mol；
（2）①化學(xué)平衡常數(shù)的大小可以表示反應(yīng)進行的程度．化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，吸熱反應(yīng)平衡常數(shù)隨溫度升高而增大，放熱反應(yīng)則相反．根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知：隨溫度升高平衡常數(shù)減小，說明正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，放熱反應(yīng)△H＜0，
故SO₂（g）+O₂（g） 　SO₃（g）△H=a kJ?mol^-1 反應(yīng)中a＜0，為負值．
故答案為：＜；
②A．化學(xué)平衡常數(shù)的大小可以表示反應(yīng)進行的程度．K值越大，表明反應(yīng)進行的程度越大，而反應(yīng)進行的程度越大，并不意味SO₂的轉(zhuǎn)化率一定越高，故A不正確；　　　　
B．K值越大，表明反應(yīng)進行的程度越大，而反應(yīng)進行的程度越大，并不意味SO₃的產(chǎn)量一定越大，產(chǎn)量還取決與反應(yīng)物的投料量等因素．故B不正確；
C．化學(xué)平衡常數(shù)的大小可以表示反應(yīng)進行的程度．K值越大，表明反應(yīng)進行的程度越大，正反應(yīng)進行得越完全．故C正確；
D．化學(xué)平衡常數(shù)的大小可以表示反應(yīng)進行的程度．不表示反應(yīng)的快慢，與化學(xué)反應(yīng)速率無關(guān)．故D不正確；
故答案為：C；
（3）A．Fe₂O₃ 與CO反應(yīng)需要高溫，消耗大量能量，然后Fe與濃硫酸反應(yīng)時有二氧化硫放出，污染環(huán)境，不符合綠色化學(xué)理念．故A不正確；
B．Fe₂O₃ +3H₂SO₄ ═Fe₂（SO₄）₃ +3H₂O，F(xiàn)e₂（SO₄）₃ +Fe═3FeSO₄，反應(yīng)中無污染物產(chǎn)生，最能體現(xiàn)綠色化學(xué)理念的方案．故B正確；
C．Fe與濃硫酸反應(yīng)時有二氧化硫放出，污染環(huán)境，不符合綠色化學(xué)理念．故C不正確；
故答案為：B；
（4）

實驗序號	催化劑顆粒大小	溫度（K）	壓強（KPa）
1	粗顆粒	673	101Kpa增大到1010Kpa
2	細顆粒	673	101Kpa增大到1010Kpa
3	粗顆粒	673K增大到723K	101Kpa
4	細顆粒	673K增大到723K	101Kpa

第一組和第二組保持溫度不變，逐步增大壓強，對比催化劑粗顆粒與細顆粒對反應(yīng)速率的影響，
第三組和第四組保持壓強不變，逐步升高溫度，對比催化劑粗顆粒與細顆粒對反應(yīng)速率的影響，
所以通過變換這些實驗條件，至少需要完成4個實驗然后進行對比才能得出結(jié)論，
故答案為：4；
（5）設(shè)可制得石膏物質(zhì)的量為x，
22.4m³（標準狀況下）的尾氣物質(zhì)的量為：=1000mol，
尾氣中SO₂的體積分數(shù)為0.200%，得SO₂物質(zhì)的量為：1000mol×0.200%=2mol，二氧化硫的利用率為80.0%，
反應(yīng)方程式為：CaCO₃+SO₂+H₂O═CaSO₃+CO₂↑+H₂O、2CaSO₃+O₂+4H₂O═2CaSO₄?2H₂O，
根據(jù)硫元素守恒得：SO₂ ～CaSO₄?2H₂O
1mol 1mol
2mol×80.0% x
解得：x=1.6mol，
則石膏的質(zhì)量為：1.6mol×172g/mol=275.2g≈0.28Kg，
故答案為：0.28；
（6）電解池中陽極是還原劑發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極是氧化劑發(fā)生還原反應(yīng)．根據(jù)題意可知：通入二氧化硫的電極為陽極，通入氧氣的電極為陰極，陽極反應(yīng)：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺，陰極反應(yīng)：O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O，陰、陽電極反應(yīng)合并得總反應(yīng)為：2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄．
故答案為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺、2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄．
分析：（1）熱化學(xué)方程式書寫要求標明各物質(zhì)的狀態(tài)、熱量用△H表示、放熱用符號“-”、吸熱用符號“+”、單位為kJ/mol，各物質(zhì)前的計量數(shù)表示物質(zhì)的量，注意熱量隨著計量數(shù)而改變；
（2）化學(xué)平衡常數(shù)，是指在一定溫度下，可逆反應(yīng)達到平衡，這時各生成物濃度的化學(xué)計量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計量數(shù)次冪的乘積所得的比值是個常數(shù)，用K表示，這個常數(shù)叫化學(xué)平衡常數(shù)；
化學(xué)平衡常數(shù)表示反應(yīng)進行的程度．化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，吸熱反應(yīng)平衡常數(shù)隨溫度升高而增大，放熱反應(yīng)則相反；
（3）綠色化學(xué)是指設(shè)計沒有或者只有盡可能小的環(huán)境負作用并且在技術(shù)上和經(jīng)濟上可行的化學(xué)品和化學(xué)過程．它是實現(xiàn)污染預(yù)防的基本的和重要的科學(xué)手段；
（4）反應(yīng)速率的影響條件有濃度、壓強、溫度、催化劑、反應(yīng)物顆粒大小等．抓住溫度一定時改變壓強或壓強一定時改變溫度去進行對比實驗研究反應(yīng)速率；
（5）根據(jù)題意，緊抓硫元素守恒分析解題；
（6）電解原理：使電流通過電解質(zhì)溶液，而在陰、陽兩極引起氧化還原反應(yīng)的過程．陽極是還原劑發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極是氧化劑發(fā)生還原反應(yīng)．分析出氧化劑、還原劑，結(jié)合電解質(zhì)溶液，正確書寫出電極反應(yīng)．
點評：本題涉及電解法制硫酸很有新意，能夠加深對電解原理的理解，同時涉及到化學(xué)平衡常數(shù)K、化學(xué)平衡常數(shù)的影響條件、熱化學(xué)方程式、綠色化學(xué)理念、反應(yīng)速率的影響條件比較、電化學(xué)原理等廣泛內(nèi)容，需要對知識的全面掌握，難度較大．