硫酸厂用煅烧黄铁矿（FeS2）来制取硫酸，实验室利用硫酸厂烧渣（主要成分是Fe2O3及少量FeS、SiO2）制备绿矾．（1）SO2和O2反应制取SO3的反应原理为：2SO2+O2→加热催化剂2SO3，经一段时间后，

Question

硫酸厂用煅烧黄铁矿（FeS₂）来制取硫酸，实验室利用硫酸厂烧渣（主要成分是Fe₂O₃及少量FeS、SiO₂）制备绿矾．

（1）SO₂和O₂反应制取SO₃的反应原理为：2SO₂+O₂→_加热^催化剂2SO₃，经一段时间后，SO₃的浓度增加了0.4mol/L，在这段时间内用O₂表示的反应速率为0.04mol/（L•s）
①则这段时间为___s．
②该反应达到平衡状态的标志是___．
A．容器内硫元素物质的量分数不变      B．混合物的平均相对分子质量不变
C．n（SO₂）：n（O₂）：n（SO₃）=2：1：2         D．各组分的体积分数不变
（2）利用烧渣制绿矾的过程如下
操作I的名称___，溶液A的溶质___，固体B是___．
（3）某科研机构用NaOH溶液吸收废气中的SO₂，将所得的Na₂SO₃溶液进行电解，可循环再生NaOH，同时得到H₂SO₄，其原理如图所示，（电极材料为石墨）
①图中b极要连接电源的___极（填“正”或“负”）
②SO₃^2-放电的电极反应式为___．
③若用甲烷-空气燃料电池作电源，处理标准状况下40m³的废气（其中SO₂的体积分致为0.2 ），理论上需要消耗标准状况下甲烷___m³．

Answer 1

（1）①用O₂表示的反应速率为0.04mol/（L•s），反应速率之比等于化学方程式计量数之比，
则v（SO₃）=2v（O₂）=2×0.04mol/（L•s）=0.08mol/（L•s），
故反应时间=(0.4mol/L)/(0.08mol/(L•s))=5s，
故答案为：5；
②反应是气体体积减小的放热反应，
A．容器内硫元素物质的量分数始终不变，不能说明反应达到平衡状态，故A错误；      
B．反应前后气体质量不变，气体物质的量减小，当混合物的平均相对分子质量不变，说明反应达到平衡状态，故B正确；
C．n（SO₂）：n（O₂）：n（SO₃）=2：1：2  是化学反应之比，不能说明反应达到化学平衡状态，故C错误；
 D．各组分的体积分数不变式平衡标志，故D正确；
故答案为：BD；
（2）烧渣ag主要成分是Fe₂O₃及少量FeS、SiO₂，加入溶液A为稀硫酸，溶解过滤得到溶液X为硫酸铁和硫酸亚铁，加入固体B为金属铁，铁和铁离子反应生成亚铁离子，过滤得到滤液为硫酸亚铁溶液，通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤、干燥得到硫酸亚铁晶体，
操作I是分离溶液和固体的操作，名称为：过滤，溶液A的溶质为稀硫酸，固体B为Fe，
故答案为：过滤；硫酸；  Fe；
（3）①依据图中离子移动方向判断，a为阴极，与之连接的电池电极为负极，b为阳极，与之连接的电池电极为正极，
故答案为：正；
②SO₃^2-放电失电子生成硫酸根离子，电极反应为：SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺，
故答案为：SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺；
③甲烷作燃料在负极失电子被氧化成二氧化碳，二氧化碳与电解质氢氧化钠溶液发生反应，生成二氧化碳和水，电极反应为：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O，氧气在正极得电子发生还原反应：O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-，
处理标准状况下40m³的废气（其中SO₂的体积分数为0.2 ），二氧化硫物质的量=(40m3×0.2×1000L/m3)/(22.4L/mol)，电解中阳极电极反应为：SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺，
电子转移为n=(40m3×0.2×1000L/m3)/(22.4L/mol)×2=714.28mol，
CH₄～8e^-～4SO₃^2-～8e^-
理论上需要消耗标准状况下甲烷物质的量n（CH₄）=(714.28mol)/(8)=89.29mol，
理论上需要消耗标准状况下甲烷体积=89.29mol×22.4L/mol=2000L=2m³，
故答案为：2．