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(yīng)制取SO₃的反應(yīng)原理為：2SO₂+O₂→_加熱^催化劑2SO₃，經(jīng)一段時間后，SO₃的濃度增加了0.4mol/L，在這段時間內(nèi)用O₂表示的反應(yīng)速率為0.04mol/（L•s）
①則這段時間為5s．
②該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志是BD．
A．容器內(nèi)硫元素物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)不變      B．混合物的平均相對分子質(zhì)量不變
C．n（SO₂）：n（O₂）：n（SO₃）=2：1：2         D．各組分的體積分?jǐn)?shù)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(zhì)H₂SO₄，固體B是Fe．
（3）某科研機構(gòu)用NaOH溶液吸收廢氣中的SO₂，將所得的Na₂SO₃溶液進(jìn)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(fù)”）
②SO₃^2-放電的電極反應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)狀況下甲烷2m³．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比計算v（SO₃），再利用△t=$\frac{△c}{△t}$進(jìn)行計算；
②根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征解答，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)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(yīng)的進(jìn)行發(fā)生變化，當(dāng)該物理量由變化到定值時，說明可逆反應(yīng)到達(dá)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(yīng)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(jié)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(jìn)行電解，可循環(huán)再生NaOH，同時得到H₂SO₄，依據(jù)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(fù)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(jié)合電荷守恒和原子守恒陪陪書寫電極反應(yīng)；
③原電池工作時，電子從負(fù)極流出，經(jīng)導(dǎo)線流向正極，電流與電子流向相反，甲烷作燃料在負(fù)極失電子被氧化成二氧化碳，二氧化碳與電解質(zhì)氫氧化鈉溶液發(fā)生反應(yīng)，生成二氧化碳和水，電極反應(yīng)為：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O，氧氣在正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)：O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-，依據(jù)電子守恒計算．

解答 解：（1）①用O₂表示的反應(yīng)速率為0.04mol/（L•s），反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式計量數(shù)之比，
則v（SO₃）=2v（O₂）=2×0.04mol/（L•s）=0.08mol/（L•s），
故反應(yīng)時間=$\frac{0.4mol/L}{0.08mol/（L•s）}$=5s，
故答案為：5；
②反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，
A．容器內(nèi)硫元素物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)始終不變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A錯誤；      
B．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量不變，氣體物質(zhì)的量減小，當(dāng)混合物的平均相對分子質(zhì)量不變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．n（SO₂）：n（O₂）：n（SO₃）=2：1：2  是化學(xué)反應(yīng)之比，不能說明反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，故C錯誤；
 D．各組分的體積分?jǐn)?shù)不變式平衡標(biāo)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(yīng)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(jié)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(zhì)為稀硫酸，固體B為Fe，
故答案為：過濾；硫酸；  Fe；
（3）①依據(jù)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(fù)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(yīng)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(fù)極失電子被氧化成二氧化碳，二氧化碳與電解質(zhì)氫氧化鈉溶液發(fā)生反應(yīng)，生成二氧化碳和水，電極反應(yīng)為：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O，氧氣在正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)：O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-，
處理標(biāo)準(zhǔn)狀況下40m³的廢氣（其中SO₂的體積分?jǐn)?shù)為0.2 ），二氧化硫物質(zhì)的量=$\frac{40{m}^{3}×0.2×1000L/{m}^{3}}{22.4L/mol}$，電解中陽極電極反應(yīng)為：SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺，
電子轉(zhuǎn)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(biāo)準(zhǔn)狀況下甲烷物質(zhì)的量n（CH₄）=$\frac{714.28mol}{8}$=89.29mol，
理論上需要消耗標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)實驗制備、化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡狀態(tài)判斷、原電池和電解池的原理和電極反應(yīng)書寫，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．