Question

9．硫酸廠用煅燒黃鐵礦（FeS₂）來制取硫酸，實驗室利用硫酸廠燒渣（主要成分是Fe₂O₃及少量FeS、SiO₂）制備綠礬．
（1）SO₂和O₂反應制取SO₃的反應原理為：2SO₂+O₂→_加熱^催化劑2SO₃，經一段時間后，SO₃的濃度增加了0.4mol/L，在這段時間內用O₂表示的反應速率為0.04mol/（L•s）
①則這段時間為5s．
②該反應達到平衡狀態(tài)的標志是BD．
A．容器內硫元素物質的量分數不變      B．混合物的平均相對分子質量不變
C．n（SO₂）：n（O₂）：n（SO₃）=2：1：2         D．各組分的體積分數不變
（2）利用燒渣制綠礬的過程如下
操作I的名稱過濾，溶液A的溶質H₂SO₄，固體B是Fe．
（3）某科研機構用NaOH溶液吸收廢氣中的SO₂，將所得的Na₂SO₃溶液進行電解，可循環(huán)再生NaOH，同時得到H₂SO₄，其原理如圖所示，（電極材料為石墨）
①圖中b極要連接電源的正極（填“正”或“負”）
②SO₃^2-放電的電極反應式為SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺．
③若用甲烷-空氣燃料電池作電源，處理標準狀況下40m³的廢氣（其中SO₂的體積分致為0.2 ），理論上需要消耗標準狀況下甲烷2m³．

Answer 1

分析 （1）①根據速率之比等于化學計量數之比計算v（SO₃），再利用△t=$\frac{△c}{△t}$進行計算；
②根據化學平衡狀態(tài)的特征解答，當反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，解題時要注意，選擇判斷的物理量，隨著反應的進行發(fā)生變化，當該物理量由變化到定值時，說明可逆反應到達平衡狀態(tài)；
（2）燒渣ag主要成分是Fe₂O₃及少量FeS、SiO₂，加入溶液A為稀硫酸，溶解過濾得到溶液X為硫酸鐵和硫酸亞鐵，加入固體B為金屬鐵，鐵和鐵離子反應生成亞鐵離子，過濾得到濾液為硫酸亞鐵溶液，通過蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾洗滌、干燥得到硫酸亞鐵晶體；
（3）用NaOH溶液吸收廢氣中的SO₂，將所得的Na₂SO₃溶液進行電解，可循環(huán)再生NaOH，同時得到H₂SO₄，依據圖中離子移動方向判斷，a為陰極，與之連接的電池電極為負極，b為陽極，與之連接的電池電極為正極，
①分析可知b為陽極，要連接電源的正極；
②SO₃^2-放電失電子生成硫酸根離子，結合電荷守恒和原子守恒陪陪書寫電極反應；
③原電池工作時，電子從負極流出，經導線流向正極，電流與電子流向相反，甲烷作燃料在負極失電子被氧化成二氧化碳，二氧化碳與電解質氫氧化鈉溶液發(fā)生反應，生成二氧化碳和水，電極反應為：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O，氧氣在正極得電子發(fā)生還原反應：O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-，依據電子守恒計算．

解答 解：（1）①用O₂表示的反應速率為0.04mol/（L•s），反應速率之比等于化學方程式計量數之比，
則v（SO₃）=2v（O₂）=2×0.04mol/（L•s）=0.08mol/（L•s），
故反應時間=$\frac{0.4mol/L}{0.08mol/（L•s）}$=5s，
故答案為：5；
②反應是氣體體積減小的放熱反應，
A．容器內硫元素物質的量分數始終不變，不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故A錯誤；      
B．反應前后氣體質量不變，氣體物質的量減小，當混合物的平均相對分子質量不變，說明反應達到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．n（SO₂）：n（O₂）：n（SO₃）=2：1：2  是化學反應之比，不能說明反應達到化學平衡狀態(tài)，故C錯誤；
 D．各組分的體積分數不變式平衡標志，故D正確；
故答案為：BD；
（2）燒渣ag主要成分是Fe₂O₃及少量FeS、SiO₂，加入溶液A為稀硫酸，溶解過濾得到溶液X為硫酸鐵和硫酸亞鐵，加入固體B為金屬鐵，鐵和鐵離子反應生成亞鐵離子，過濾得到濾液為硫酸亞鐵溶液，通過蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾洗滌、干燥得到硫酸亞鐵晶體，
操作I是分離溶液和固體的操作，名稱為：過濾，溶液A的溶質為稀硫酸，固體B為Fe，
故答案為：過濾；硫酸；  Fe；
（3）①依據圖中離子移動方向判斷，a為陰極，與之連接的電池電極為負極，b為陽極，與之連接的電池電極為正極，
故答案為：正；
②SO₃^2-放電失電子生成硫酸根離子，電極反應為：SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺，
故答案為：SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺；
③甲烷作燃料在負極失電子被氧化成二氧化碳，二氧化碳與電解質氫氧化鈉溶液發(fā)生反應，生成二氧化碳和水，電極反應為：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O，氧氣在正極得電子發(fā)生還原反應：O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-，
處理標準狀況下40m³的廢氣（其中SO₂的體積分數為0.2 ），二氧化硫物質的量=$\frac{40{m}^{3}×0.2×1000L/{m}^{3}}{22.4L/mol}$，電解中陽極電極反應為：SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺，
電子轉移為n=$\frac{40{m}^{3}×0.2×1000L/{m}^{3}}{22.4L/mol}$×2=714.28mol，
CH₄～8e^-～4SO₃^2-～8e^-
理論上需要消耗標準狀況下甲烷物質的量n（CH₄）=$\frac{714.28mol}{8}$=89.29mol，
理論上需要消耗標準狀況下甲烷體積=89.29mol×22.4L/mol=2000L=2m³，
故答案為：2．

點評 本題考查了物質實驗制備、化學反應速率、化學平衡狀態(tài)判斷、原電池和電解池的原理和電極反應書寫，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等．