Question

硫酸的工業制備是一個重要的化工生產過程，但同時在生產過程中會產生大量SO₂等污染物。
（1）將SO₂通入Fe(NO₃)₃溶液中，溶液由棕黃色變為淺綠色，但立即又變為棕黃色，此時若滴入BaCl₂溶液，則會產生白色沉淀。溶液由棕黃色變為淺綠色用離子方程式表示為_____，后又由淺綠色變為棕黃色的離子方程式為_____。
（2）以硫酸工業的尾氣、氨水、石灰石、焦炭及碳酸氫銨和KCI為原料可以合成有重要用途的硫化鈣、硫酸鉀、亞硫酸氫銨等物質。合成路線如下：

寫出反應反應Ⅳ的化學方程式                    ；
反應III中氧化劑與還原劑的物質的量之比為__         __；
反應V在25'C、40%乙二醇溶液中進行，該復分解反應能順利進行的原因是         。
（3）新型納米材料氧缺位鐵酸鋅（ZnFe₂O_x），常溫下能使SO₂分解，減小工業廢氣對環境的影響，它由鐵酸鋅（ZnFe₂O₄）經高溫還原制得，轉化流程如下圖所示：

若2molZnFe₂O_x與SO₂反應可生成 0.75molS，x＝      ,寫出鐵酸鋅高溫下被還原生成氧缺位鐵酸鋅的化學方程式                   
（4）石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝技術的原理是煙氣中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣以及空氣反應生成石膏（CaSO₄.2H₂O），寫出該反應的化學方程式         。某電廠用煤300t（煤中含硫的質量分數為2.5%），若燃燒時煤中的硫全部轉化為二氧化硫，用該方法脫硫時有96%的硫轉化為石膏，則可生產石膏         t。

Answer 1

（共16分）（1）SO₂ + 2Fe³⁺ + 2H₂O＝SO₄^2- + 2Fe²⁺ + 4H⁺（2分）
3Fe²⁺ + NO₃^- + 4H⁺＝3Fe³⁺ + NO↑+ 2H₂O（2分）
（2）NH₄HCO₃ + CaSO₄ + NH₃＝CaCO₃↓+ (NH₄)₂SO₄ （2分）    1:4（1分）
K₂SO₄在乙二醇溶液中的溶解度小（1分）
（3）3.25（2分）  4ZnFe₂O₄ + 3H₂4ZnFe₂O_3.25 + 3H₂O（2分）
（4）2CaSO₄ + 2SO₂ + O₂ + 4H₂O＝2（CaSO₄.2H₂O）+2CO₂ （2分）     38.7（2分）

試題分析：（1）SO₂具有還原性，鐵離子具有氧化性，鐵離子能把SO₂氧化生成硫酸，而鐵離子被還原為亞鐵離子，所以溶液由棕黃色變為淺綠色，反應的離子方程式是SO₂ + 2Fe³⁺ + 2H₂O＝SO₄^2- + 2Fe²⁺ + 4H⁺。由于在酸性條件下，NO₃^－具有強氧化性，能把亞鐵離子氧化生成鐵離子，因此又由淺綠色變為棕黃色，反應的離子方程式為3Fe²⁺ + NO₃^- + 4H⁺＝3Fe³⁺ + NO↑+ 2H₂O。
（2）反應Ⅳ的反應物有硫酸鈣、碳酸氫銨和氨氣，生成物之一是碳酸鈣，則根據原子守恒可知，另外一種生成物是硫酸銨，因此反應的化學方程式是NH₄HCO₃ + CaSO₄ + NH₃＝CaCO₃↓+ (NH₄)₂SO₄。反應Ⅲ中碳的化合價從0價升高到＋2價，失去2個電子，發生氧化反應，碳是還原劑。S元素的化合價從＋6價降低到－2價，得到8個電子，發生還原反應，即硫酸鈣是氧化劑。反應根據電子的得失守恒可知，在反應中氧化劑與還原劑的物質的量之比為1:4。由于K₂SO₄在乙二醇溶液中的溶解度小，能夠形成晶體而析出，因此符合復分解反應發生的條件。
（3）ZnFe₂O_X中Fe的平均價態為＋（x－1），而在生成物中鐵的化合價是＋3價，則鐵在反應中失去（3－x＋1）個電子。而SO₂→S 中S的化合價從＋4價降低到0價，得到4個電子，所以根據電子的得失守恒可知，2mol×2×（3－x＋1）＝0.75×4，解得x＝3.25。所以鐵酸鋅高溫下被還原生成氧缺位鐵酸鋅的化學方程式為4ZnFe₂O₄ + 3H₂4ZnFe₂O_3.25 + 3H₂O。
（4）根據原子守恒可知，反應中還應該有CO₂生成，因此反應的化學方程式是2CaSO₄ + 2SO₂ + O₂ + 4H₂O＝2（CaSO₄.2H₂O）+2CO₂ 。據硫原子守恒可知：
S～～～～～～CaSO₄·2H₂O
32t              172t
300t·2.5%·96%    m
解得m＝＝38.7t₂、硝酸以及鐵離子和亞鐵離子的性質；氧化還原反應方程式的書寫以及有關計算；反應條件的控制；根據方程式進行的有關計算等