Question

6．H₂S和SO₂在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有重要作用．
（1）H₂S氣體溶于水形成的氫硫酸是一種二元弱酸，25℃時，在0.10mol•L^-1H₂S溶液中，通入HCl氣體或加入NaOH固體以調(diào)節(jié)溶液pH，溶液pH與c（S^2-）關(guān)系如圖Ⅰ所示（忽略溶液體積的變化、H₂S的揮發(fā)）．

①pH=13時，溶液中的c（H₂S）+c（HS^-）=0.043mol•L^-1；
②某溶液含0.010mol•L^-1Fe²⁺、未知濃度的Mn²⁺和0.10mol•L^-1H₂S，當(dāng)溶液pH=2時，F(xiàn)e²⁺開始沉淀；當(dāng)Mn²⁺開始沉淀時，溶液中$\frac{c（M{n}^{2+}）}{c（F{e}^{2+}）}$=2×10⁶．
已知：K_SP（FeS）=1.4×10^-19，K_SP（MnS）=2.8×10^-13
（2）利用催化劑氧化反應(yīng)將SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃是工業(yè)上生產(chǎn)硫酸的關(guān)鍵步驟．已知：SO₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═SO₃（g）△H=-99kJ/mol．某溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=3.33．反應(yīng)過程的能量變化如圖Ⅱ所示．
①圖Ⅱ中△H=-198kJ/mol；該反應(yīng)通常用V₂O₅會使圖中A點(diǎn)降低，原因是因?yàn)榇呋瘎└淖兞朔磻?yīng)的歷程使活化能E降低．
②該溫度下，向100L的恒榮密閉容器中，充入3.0molSO₂（g）、16.0molO₂（g）和3.0molSO₃（g），則反應(yīng)開始時v_（正）＞v_（逆）（填“＞”“＜”或“=”）．

Answer 1

分析 （1）①pH=13時，c（S^2-）=5.7×10^-2mol/L，在0.10mol•L^-1H₂S溶液中根據(jù)硫守恒c（H₂S）+c（HS^-）+c（S^2-）=0.10mol•L^-1；
②當(dāng)Qc=K_sp（MnS）時開始沉淀，由此求出硫離子的濃度，結(jié)合圖象得出此時的pH；根據(jù)MnS和FeS的Ksp計(jì)算；
（2）①圖象分析反應(yīng)焓變是2mol二氧化硫完全反應(yīng)法的熱量．E為活化能，活化能的大小與反應(yīng)熱無關(guān)；加入催化劑能降低反應(yīng)的活化能；
②計(jì)算此時反應(yīng)的濃度商Q，和平衡常數(shù)比較判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向．

解答 解：（1）①根據(jù)溶液pH與c（S^2-）關(guān)系圖pH=13時，c（S^2-）=5.7×10^-2mol/L，在0.10mol•L^-1H₂S溶液中根據(jù)硫守恒c（H₂S）+c（HS^-）+c（S^2-）=0.10mol•L^-1，所以c（H₂S）+c（HS^-）=0.1-5.7×10^-2=0.043mol/L，
故答案為：0.043；
②當(dāng)Qc=K_sp（FeS）時開始沉淀，所以c（S^2-）=$\frac{Ksp（FeS）}{c（Fe{\;}^{2+}）}$=$\frac{1.4×10{\;}^{-19}}{0.01}$mol/L=1.4×10^-17mol/L，結(jié)合圖象得出此時的pH=2，所以pH=2時亞鐵離子開始沉淀；
溶液中$\frac{c（M{n}^{2+}）}{c（F{e}^{2+}）}$=$\frac{Ksp（MnS）}{Ksp（FeS）}$=$\frac{2.8×10{\;}^{-13}}{1.4×10{\;}^{-19}}$mol/L=2×10⁶；
故答案為：2；2×10⁶；
（2）SO₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═SO₃（g）△H=-99kJ/mol，
①圖Ⅱ分析可知2molSO₂和氧氣全部反應(yīng)，反應(yīng)焓變△H=-99kJ/mol×2mol=-198KJ，E為活化能，反應(yīng)熱可表示為A、C活化能的大小之差，活化能的大小與反應(yīng)熱無關(guān)；加入催化劑改變了反應(yīng)的途徑，降低反應(yīng)所需的活化能，所以E的變化是減�。�
故答案為：-198；因?yàn)榇呋瘎└淖兞朔磻?yīng)的歷程使活化能E降低；
②該溫度下，向100L的恒容密閉容器中，充入3.0mol SO₂（g）、16.0mol O₂（g）和3.0mol SO₃（g），濃度商Qc=$\frac{\frac{3.0mol}{100L}}{\frac{3.0mol}{100L}×（\frac{16.0mol}{100L}）{\;}^{\frac{1}{2}}}$=2.5＜K=3.33，
則反應(yīng)開始時（正）＞v（逆）
故答案為：＞．

點(diǎn)評 本題考查化學(xué)平衡常數(shù)及平衡狀態(tài)的判斷、燃料電池、氧化還原反應(yīng)及滴定的相關(guān)知識，涉及的題量較大，題目難度中等．