Question

【題目】研究大氣中含硫化合物和含碳化合物的轉化對環境保護具有重要意義。

(1)SO2的大量排放會引起嚴重的環境問題是 ，潮濕條件下，寫出大氣中SO2轉化為HSO3-的方程式 ；

(2)土壤中的微生物可將大氣中H2S經兩步反應氧化成SO42-，兩步反應的能量變化示意圖如下：

1mol H2S(g)全部氧化成SO42-(aq)的熱化學方程式為 ；

(3)SO2是工業制硫酸的原料之一，一定溫度下，向容積為2L的密閉容器中充入一定量的SO2和O2，發生反應：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)，過程中測定的部分數據見下表：

時間/min	n(SO2)/mol	n(O2)/mol
0	0.10	0.05
4	0.04	0.02
6	0.02
8		0.01

①反應在0-4min內的平均速率為v(SO2)= ；

②此溫度下該反應的化學平衡常數K= ；

③8min時，維持溫度不變，向反應容器中再通入0.02mol SO2(g)和0.01mol O2(g)，重新達到平衡時混合氣體中SO2的百分含量將 (填“減小”、“增大”或“不變”)。

(4)科學家用氮化鎵材料與銅組裝如下圖的人工光合系統，利用該裝置成功地實現了以CO2和H2O合成CH4的反應。

寫出銅電極表面的電極反應式 ，為提高該人工光合系統的工作效率，可向裝置中加入少量 (填“鹽酸”或“硫酸”)。

Answer 1

【答案】(1)酸雨 SO2+H2OHSO3-+H+

(2)H2S(g)+2O2(g)=SO42-(aq)+2H+(aq) ΔH=-806.39KJ/mol

(3)①7.5×10-3mol/(L·min) ②200 ③減小

(4)CO2+8H++8e-=CH4+2H2O 硫酸

【解析】

試題分析：(1)SO2的大量排放會引起嚴重的環境問題是形成酸雨，二氧化硫為酸性氧化物與水生成亞硫酸，亞硫酸為弱電解質，部分電離產生氫離子與亞硫酸氫根離子，離子方程式：SO2+H2OH2SO3；H2SO3H++HSO3-；

(2)由圖可知，第一步熱化學反應為：H2S(g)+0.5O2(g)=S(s)+H2O(g)△H=-221.19 kJmol-1；第二步反應為：S(s)+1.5O2(g)+H2O(g)=2H+(aq)+SO42-(aq))△H=-585.20 kJmol-1；依據蓋斯定律，第一步與第二步方程式相加得：H2S(g)+2O2(g)=SO42-(aq)+2H+(aq)△H=-806.39 kJmol-1；

(3)①0-4min二氧化硫物質的量變化為0.10mol-0.040mol=0.060mol，反應速率v==7.5×10-3mol/(Lmin)；

②結合圖表數據，5min時n(O2)==0.04mol，剩余氧氣物質的量=0.05mol-0.04mol=0.01mol，6min時氧氣物質的量為0.01mol，說明5分鐘反應達到平衡狀態，結合化學平衡三行計算列式計算平衡濃度，5min時，

2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)，

起始量(mol) 0.1 0.05 0

變化量(mol) 0.08 0.04 0.04

平衡量(mol) 0.02 0.01 0.04

平衡常數===200(mol/L)；

③8min時，維持溫度不變，往反應容器中再通入0.020mol SO2(g)，0.010mol O2(g)，Qc==100＜K，反應正向進行，平衡移動程度小重新達到平衡時混合氣體中SO2的百分含量將減小；

(4)①由電池裝置圖可知，Cu上二氧化碳得電子生成甲烷，則Cu電極上的電極反應為：CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O；

②可向裝置中加入少量的酸作電解質，由于鹽酸易揮發，生成的甲烷中會混有HCl氣體，所以選用硫酸，不用鹽酸；