Question

【題目】SO2是空氣污染物 ，含有SO2 的尾氣需處理后才能排放，有多種方法可除 去尾氣中SO2。回答下列問題：

（1）氨水吸收法。利用氨水吸收煙氣中的SO2， 其相關反應的主要熱化學方程式如下：

SO2(g)+NH 3 H2O(aq)=NH4HSO3(aq) △H1=akJmol-1；

NH 3 H2O(aq)+NH4HSO3(aq)=(NH4)2SO3(aq)+H2O（1）△H2= b kJ mol-1；

2(NH4)2SO3(aq)+O2(g)=2(NH4)2SO4 （aq）△H3 =ckJ mol-1；

則反應 2SO2(g)+4 NH 3 H2O(aq)+ O2(g)=2(NH4)2SO4(aq)+2H2O(l)的△H=___________kJ mol-1（用含a、b、c的代數式表示）。

（2）熱解氣還原法。已知CO與SO2 在加熱和催化劑作用 下生成生成S(g)和CO2。

①該反應的化學方程式為__________。

②在T °C時，向lL恒容的密閉容器中入充1 mol CO、0.5molSO2發生上述反應（S為氣態）．5min時達到化學平衡，平衡時測得SO2的轉化率為90 %，則 0 ~ 5 mi n 內 反應的平均速率v(SO2)=__________。此溫度下該反應的平衡常數 K1=_______。下列選項中能夠說明該反應已經達到平衡狀態的是_____（填字母）。

a.體系的壓強保持不變

b.混合氣體的密度保持不變

c.混合氣體的平均摩爾質量保持不變

d.單位時間內CO消耗的物質的量與 SO2 生成的物質的量之比為2：1

（3）氧化鋅吸收法。配制ZnO懸濁液（含少量 MgO、CaO）在吸收塔中封閉循環脫硫。發生的主要反應為ZnO十SO2 = ZnSO3(s)．吸收過程中，測得pH、吸收效率η隨 時間t的變化如圖a所示。溶液中含硫元素微粒各組分濃度之比如圖b所示。

①已知純ZnO的懸浮液 pH 約為6.8，判斷在pH-t曲線cd 段發生的主要反應的離子方程式為____________。

②SO2的吸收效率η隨 pH 降低而減小的原因是____________。

Answer 1

【答案】2a+2b+c 2CO+SO2S(g)+2CO2 0.09mol·L—1·min—1 729 d ZnSO3+SO2+H2O=Zn2+ +2HSO pH 降低，c(H+)增大，ZnSO3溶解

【解析】

根據蓋斯定律求相關反應的反應熱；根據信息寫出反應并配平；根據化學反應速率和平衡常數的表達式，求出相關物理量進行相關的計算；根據化學平衡狀態的特征分析判斷化學平衡狀態的依據；

（1）利用氨水吸收煙氣中的SO2， 其相關反應的主要熱化學方程式如下：

①SO2(g)+NH3 H2O(aq)=NH4HSO3(aq)△H1=akJmol-1；

②NH3 H2O(aq)+NH4HSO3(aq)=(NH4)2SO3(aq)+H2O（1）△H2= b kJ mol-1；

③2(NH4)2SO3(aq)+O2(g)=2(NH4)2SO4（aq）△H3=ckJ mol-1；

根據蓋斯定律可知，①2+②2+③可得2SO2(g)+4 NH3 H2O(aq)+ O2(g)=2(NH4)2SO4(aq)+2H2O(l)，則反應2SO2(g)+4 NH3 H2O(aq)+ O2(g)=2(NH4)2SO4(aq)+2H2O(l)的△H=2△H1+2△H2+△H3=(2a+2b+c) kJ mol-1。

（2）①CO與SO2在加熱和催化劑作用 下生成生成S(g)和CO2，該反應的化學方程式為2CO+SO2S(g)+2CO2。

②在T °C時，向lL恒容的密閉容器中入充1 mol CO、0.5molSO2發生上述反應，5min時達到化學平衡，平衡時測得SO2的轉化率為90 %，則 0 ~ 5 mi n 內SO2的變化量為0.45mol，則CO、S(g)、2CO2的變化量為0.9 mol、0.45 mol、0.9 mol，CO、SO2、S(g)、2CO2的平衡濃度分別為0.1mol/L、0.05mol/L、0.45mol/L、0.9mol/L。 0 ~ 5 mi n 內反應的平均速率v(SO2)=0.09mol·L—1·min—1。此溫度下該反應的平衡體系中，平衡常數 K1=729。

a. 反應前后氣體的分子數相同，故壓強在反應過程中始終不變，當恒容的密閉容器中體系的壓強保持不變時，不能判斷是否達到化學平衡狀態；

b.根據質量守恒定律可知，恒容的密閉容器中氣體的質量不變、體積不變，故在反應過程中混合氣體的密度保持不變，無法據此判斷反應是否達到平衡狀態；

c.在反應過程中，氣體的總物質的量不變，氣體的質量也不變，故混合氣體的平均摩爾質量保持不變，不能據此判斷反應是否達到化學平衡狀態；

d.單位時間內CO消耗的物質的量與SO2生成的物質的量之比為2：1，說明正反應速率和逆反應速率相等，可以說明反應已經達到平衡狀態。

綜上所述，能夠說明該反應已經達到平衡狀態的是d。

（3）①由圖象可知，在pH-t曲線bc段，溶液的pH變化較小，可知該階段主要發生ZnO+SO2= ZnSO3；在pH-t曲線cd 段，溶液的pH變小較快，可以推斷ZnSO3轉化為易溶于水的酸式鹽Zn(HSO)2，該反應的離子方程式為ZnSO3+SO2+H2O=Zn2++2HSO。

②由上面分析可知，ZnSO3可以轉化為易溶于水的酸式鹽Zn(HSO)2。由圖b知，HSO的水溶液顯酸性，SO2在酸性溶液中的溶解度較小，所以，SO2的吸收效率η隨 pH 降低而減小的原因是：pH 降低，c(H+)增大，ZnSO3溶解。