Question

18．H₂S和SO₂會對環(huán)境和人體健康帶來極大的危害，工業(yè)上采取多種方法減少這些有害氣體的排放，回答下列方法中的問題．
Ⅰ．H₂S的除去
方法1：生物脫H₂S的原理為：
H₂S+Fe₂（SO₄）₃═S↓+2FeSO₄+H₂SO₄
4FeSO₄+O₂+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;硫桿菌\;}}{\;}$2Fe₂（SO₄）₃+2H₂O
（1）硫桿菌存在時，F(xiàn)eSO₄被氧化的速率是無菌時的5×10⁵倍，該菌的作用是降低反應(yīng)活化能．
（2）由圖1和圖2判斷使用硫桿菌的最佳條件為30℃、pH=2.0．若反應(yīng)溫度過高，反應(yīng)速率下降，其原因是蛋白質(zhì)變性（或硫桿菌失去活性）．

方法2：在一定條件下，用H₂O₂氧化H₂S
（3）隨著參加反應(yīng)的n（H₂O₂）/n（H₂S）變化，氧化產(chǎn)物不同．當(dāng)n（H₂O₂）/n（H₂S）=4時，氧化產(chǎn)物的分子式為H₂SO₄．
Ⅱ．SO₂的除去
方法1（雙堿法）：用NaOH吸收SO₂，并用CaO使NaOH再生
NaOH溶液$?_{②CaO}^{①SO_{2}}$Na₂SO₃溶液
（4）寫出過程①的離子方程式：2OH^-+SO₂=SO₃^2-+H₂O；CaO在水中存在如下轉(zhuǎn)化：
CaO（s）+H₂O （l）═Ca（OH）₂（s）?Ca²⁺（aq）+2OH^-（aq）
從平衡移動的角度，簡述過程②NaOH再生的原理SO₃^2-與Ca²⁺生成CaSO₃沉淀，平衡向正向移動，有NaOH生成．
方法2：用氨水除去SO₂
（5）已知25℃，NH₃•H₂O的K_b=1.8×10^-5，H₂SO₃的K_a1=1.3×10^-2，K_a2=6.2×10^-8．若氨水的濃度為2.0mol•L^-1，溶液中的c（OH^-）=6.0×10^-3mol•L^-1．將SO₂通入該氨水中，當(dāng)c（OH^-）降至1.0×10^-7 mol•L^-1時，溶液中的c（SO₃^2-）/c（HSO₃^-）=0.62．

Answer 1

分析 （1）硫桿菌存在時，F(xiàn)eSO₄被氧化的速率是無菌時的5×10⁵倍，說明硫桿菌做反應(yīng)的催化劑加快反應(yīng)速率；
（2）從圖象中分析可知，使用硫桿菌的最佳條件是亞鐵離子氧化速率最大時，反應(yīng)溫度過高，反應(yīng)速率下降是因為升溫使蛋白質(zhì)發(fā)生變性；
（3）當(dāng)n（H₂O₂）/n（H₂S）=4時，結(jié)合氧化還原反應(yīng)電子守恒，4H₂O₂～4H₂O～8e^-，電子守恒得到H₂S變化為+6價化合物；
（4）過程①是二氧化硫和氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成亞硫酸鈉和水；過程②NaOH再生是平衡CaO（s）+H₂O （l）═Ca（OH）₂（s）?Ca²⁺（aq）+2OH^-（aq）正向進(jìn)行；氫氧根離子濃度增大；
（5）NH₃•H₂O的K_b=1.8×10^-5，若氨水的濃度為2.0mol•L^-1，可結(jié)合K_b=$\frac{c（N{{H}_{4}}^{+}）c（O{H}^{-}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$計算c（OH^-），H₂SO₃的K_a2=6.2×10^-8，結(jié)合K_a2=$\frac{c（S{{O}_{3}}^{2-}）c（{H}^{+}）}{c（HS{{O}_{3}}^{-}）}$計算c（SO₃^2-）/c（HSO₃^-）．

解答 解：（1）4FeSO₄+O₂+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;硫桿菌\;}}{\;}$2Fe₂（SO₄）₃+2H₂O，硫桿菌存在時，F(xiàn)eSO₄被氧化的速率是無菌時的5×10⁵倍，該菌的作用是做催化劑降低反應(yīng)的活化能，
故答案為：降低反應(yīng)活化能（或作催化劑）；
（2）從圖象中分析可知，使用硫桿菌的最佳條件是亞鐵離子氧化速率最大時，需要的溫度和溶液PH分別為：30℃、pH=2.0，反應(yīng)溫度過高，反應(yīng)速率下降是因為升溫使蛋白質(zhì)發(fā)生變性，催化劑失去生理活性，
故答案為：30℃、pH=2.0； 蛋白質(zhì)變性（或硫桿菌失去活性）；
（3）當(dāng)$\frac{n（{H}_{2}{O}_{2}）}{n（{H}_{2}S）}$=4時，結(jié)合氧化還原反應(yīng)電子守恒，4H₂O₂～4H₂O～8e^-，電子守恒得到H₂S變化為+6價化合物，H₂S～H₂SO₄～8e^-，氧化產(chǎn)物的分子式為H₂SO₄，
故答案為：H₂SO₄ ；
（4）過程①是二氧化硫和氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成亞硫酸鈉和水，反應(yīng)的離子方程式為：2OH^-+SO₂=SO₃^2-+H₂O，過程②加入CaO，存在CaO（s）+H₂O （l）═Ca（OH）₂（s）?Ca²⁺（aq）+2OH^-（aq），因SO₃^2-與Ca²⁺生成CaSO₃沉淀，平衡向正向移動，有NaOH生成，
故答案為：2OH^-+SO₂=SO₃^2-+H₂O；SO₃^2-與Ca²⁺生成CaSO₃沉淀，平衡向正向移動，有NaOH生成；
（5）NH₃•H₂O的K_b=1.8×10^-5，若氨水的濃度為2.0mol•L^-1，由K_b=$\frac{c（N{{H}_{4}}^{+}）c（O{H}^{-}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$可知c（OH^-）=$\sqrt{1.8×1{0}^{-5}×2}$mol/L=6.0×10^-3mol/L，
當(dāng)c（OH^-）降至1.0×10^-7 mol•L^-1時，c（H⁺）=1.0×10^-7 mol•L^-1，H₂SO₃的K_a2=6.2×10^-8，由K_a2=$\frac{c（S{{O}_{3}}^{2-}）c（{H}^{+}）}{c（HS{{O}_{3}}^{-}）}$可知c（SO₃^2-）/c（HSO₃^-）=$\frac{6.2×1{0}^{-8}}{1×1{0}^{-7}}$=0.62，
故答案為：6.0×10^-3；0.62．

點評 本題考查較為綜合，涉及弱電解質(zhì)的電離以及二氧化硫的污染和治理，為高考常見題型和高頻考點，側(cè)重考查學(xué)生的分析能力和計算能力，注意把握題給信息的分析，掌握電離平衡常數(shù)的運用，難度中等．