Question

2．硫元素具有廣泛的應用．
（1）S的原子結構示意圖為．一定條件下，硫與地殼中含量最多的非金屬元素X可組成兩種常見的化合物，則X是O，兩種化合物均含有的化學鍵為共價鍵
（2）煅燒黃鐵礦（FeS₂）的原理為：4FeS₂+11O₂═2Fe₂O₃+8SO₂．該反應中氧化劑和氧化產物的物質的量之比為11：10．產生的SO₂可用FeCl₃溶液吸收，該反應的離子方程式是SO₂+2Fe³⁺+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺．
（3）過二硫酸鈉（Na₂S₂O₈）在較高溫度完全分解，1mol Na₂S₂O₈分解生成1mol焦硫酸鈉和標況下11.2L O₂，則焦硫酸鈉的化學式為Na₂S₂O₇
（4）Na₂S₂O₈溶液可降解有機污染物4-CP．原因是Na₂S₂O₈溶液在一定條件下可產生強氧化性自由基（SO₄^-），通過測定4-CP降解率可判斷Na₂S₂O₈溶液產生SO₄^-，的量．某研究小組設計實驗探究了溶液酸堿性、Fe²⁺的濃度對產生SO₄^-的影響．
①溶液酸堿性的影響：已知S₂O₈^2-+H⁺═SO₄^-+HSO₄^-，由此判斷，溶液酸性增強，降解4-CP的效果越好（填“越好”、“越差”或”無影響”）
②Fe²⁺濃度的影響：相同條件下，將不同濃度FeSO₄溶液分別加入c（4-CP）=1.56×10^-4  mol•L^-1、c（Na₂S₂O₈）=3.12×10^-3mol•L^-1的混合溶液中．反應240min后測得實驗結果如圖所示．

已知：S₂O₈ ^2-+Fe²⁺═SO₄^-+SO₂^-4+Fe³⁺．則由圖示可知下列說法正確的是：AC（填序號）
A．反應開始一段時間內，4-CP降解率隨Fe²⁺濃度的增大而增大，其原因是Fe²⁺能使Na₂S₂O₈產生更多的SO-4•
B．Fe²⁺是4-CP降解反應的催化劑
C．當c（Fe²⁺）過大時，4-CP降解率反而下降，原因可能是Fe²⁺會與SO₄發(fā)生反應，消耗部分SO₄
D．4-CP降解率反而下降，原因可能是生成的Fe 3⁺水解使溶液的酸性增強，不利于降解反應的進行
③當c（Fe²⁺ ）=3.2×10^-3  mol•L^-1  時，4-CP降解的降解率為52.4%，4-CP降解平均反應速率的計算表達式為$\frac{1.56×1{0}^{-4}×52.4%}{240}$mol/（L/min）．

Answer 1

分析 （1）S原子核內有16個質子，核外有16個電子，分三層排布；地殼中含量最多的非金屬元素為O；O與S形成共價鍵；
（2）根據化合價判斷氧化劑和氧化產物，結合方程式計算；SO₂與FeCl₃溶液反應生成Fe²⁺和SO₄^2-；
（3）根據原子守恒可得出化學式；
（4）①當其它條件相同，將4-CP加入到不同pH的Na₂S₂O₈溶液中，根據圖象知，溶液的pH越小，4-CP降解率越大；
②A．根據溶液的pH和4-CP的降解率可以知道溶液酸性增強，有利于Na₂S₂O₈產生SO₄^-；
B．酸性環(huán)境是4-CP降解反應的催化劑；
C．Fe²⁺會與SO₄^-發(fā)生反應，消耗部分SO₄^-；
D．生成的Fe³⁺水解使溶液的酸性增強故；
③根據圖片知，當c（Fe²⁺）=3.2×10^-3mol•L^-1時，確定4-CP降解率對應位置；平均反應速率=$\frac{△c}{△t}$．

解答 解：（1）S原子核內有16個質子，核外有16個電子，分三層排布，其原子結構示意圖為；地殼中含量最多的非金屬元素為O；O與S形成二氧化硫和三氧化硫，S與O之間形成共價鍵；
故答案為：；O；共價鍵；
（2）反應4FeS₂+11O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂，前后各元素化合價的變化情況如下：
Fe：+2→+3，化合價升高；S：-1→+4，化合價升高，
O：0→-2，化合價降低，
因此，在反應中FeS₂還原劑，O₂是氧化劑，Fe₂O₃既是氧化產物也是還原產物，SO₂既是氧化產物也是還原產物，n（氧化劑）：n（還原產物）=11：10；
SO₂與FeCl₃溶液反應生成Fe²⁺和SO₄^2-，其反應的離子方程式為：SO₂+2Fe³⁺+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：11：10；SO₂+2Fe³⁺+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺；
（3）1mol Na₂S₂O₈分解生成1mol焦硫酸鈉，并產生標況下11.2L O₂，物質的量為0.5mol，則氧原子為1mol，說明1mol焦硫酸鈉中氧原子為7mol，焦硫酸鈉的化學式為，
Na₂S₂O₇，故答案為：Na₂S₂O₇；
（4）①當其它條件相同，將4-CP加入到不同pH的Na₂S₂O₈溶液中，根據圖象知，溶液的pH越小，4-CP降解率越大，所以溶液酸性增強越有利于Na₂S₂O₈產生SO₄^-，
故答案為：越好；
②A．根據溶液的pH和4-CP的降解率可以知道溶液酸性增強，有利于Na₂S₂O₈產生SO₄^-，故A正確；
B．酸性環(huán)境是4-CP降解反應的催化劑，故B錯誤；
C．Fe²⁺會與SO₄^-發(fā)生反應，消耗部分SO₄^-，即當c（Fe²⁺）過大時，4-CP降解率反而下降，故C正確；
D．生成的Fe³⁺水解使溶液的酸性增強，會更加有利于4-CP的降解，故D錯誤；
故選AC；
③根據圖片知，當c（Fe²⁺）=3.2×10^-3mol•L^-1時，4-CP降解率為52.4，4-CP降解的平均反應速率=$\frac{1.56×1{0}^{-4}mol/L×52.4%}{240min}$=$\frac{1.56×1{0}^{-4}×52.4%}{240}$mol/（L/min），
故答案為：52.4；$\frac{1.56×1{0}^{-4}×52.4%}{240}$mol/（L/min）．

點評 本題考查了硫及其化合物的性質，涉及原子結構示意圖、離子方程式的書等方面的有關知識，題目綜合性強，側重考查學生獲取信息、加工信息、利用信息解答問題能力，知道圖象中縱橫坐標的含義及變化趨勢，知道實驗目的及原理，題目難度不大．