Question

（2013?烟台模拟）制备BaCl₂和SO₃的流程图如下：

已知；①BaSO₄（s）+4C（s）

高温

4CO（g）+BaS（s）△H₁=571.2kJ?mol^-1
②BaSO₄（s）+4C（s）

高温

2CO₂（g）+BaS（s）△H₂=226.2kJ?mol^-1
（1）SO₂用NaOH溶液吸收可得到NaHSO₃溶液．已知在0.1mol?L^-1的NaHSO₃溶液中有关微粒浓度由大到小的顺序为：[Na+]＞[HSO3]＞[SO32-]＞[H2SO3]．则该溶液中[H⁺]

＞

[OH^-]（填“＜”、“＞”或“=”），简述理由（用简单的文字和离子方程式说明）

c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃），说明亚硫酸氢钠的电离程度大于水解程度，所以氢离子浓度大于氢氧根离子浓度

．
（2）向BaCl₂溶液中加入Na₂SO₄和Na₂CO₃，当两种沉淀共存时

c(SO42-)

c(CO32-)

=

2.2×10^-2

．[Ksp(BaSO4)=1.1×10-10，Ksp(BaCO3)=5.1×10-9]
[Kφ（BaSO₄）=1.1×10^-10，Kφ（BaCO₃）=5.1×10^-9]
（3）实际生产中必须加入过量的炭，同时还要通入空气，其目的是

使BaSO₄得到充分的还原（或提高BaS的产量）

，

①②为吸热反应，炭和氧气反应放热维持反应所需高温

，

无

．
（4）在催化剂作用下发生反应：2SO₂+O₂

催化剂

△

2SO₃．反应达到平衡，判断该反应达到平衡状态的标志是

bc

．（填字母）
a．SO₂和SO₃浓度相等               b．SO₂百分含量保持不变
c．容器中气体的压强不变           d．SO₃的生成速率与SO₂的消耗速率相等
（5）用SO₂和O₂制备硫酸，装置如图所示．电极为多孔材料，能吸附气体，同时也能使气体与电解质溶液充分接触．
B极的电极反应式为

SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺

；电池总反应式为

2SO₂+O₂+2H₂O═2H₂SO₄

．

Answer 1

分析：（1）NaHSO₃溶液中存在反应：HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-、HSO₃^-+H₂O?OH^-+H₂SO₃，由于 c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃），所以电离程度大于水解；
（2）根据硫酸钡和碳酸钡的溶度积计算

c(SO42-)

c(CO32-)

；
（3）加入过量C可提高冰晶石的转化率，同时维持反应进行；
（4）根据达到平衡状态，各组分浓度不变，正逆反应速率相等进行分析；
（5）本题为SO₂与O₂反应生成SO₃，SO₃再与水化合生成硫酸，根据硫酸的出口判断正负极，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，原电池放电时，电解质溶液中阳离子向正极移动．

解答：解：（1）由于NaHSO₃溶液中，c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃），说明亚硫酸氢钠的电离程度大于水解程度，反应的离子方程式为：HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-、HSO₃^-+H₂O?OH^-+H₂SO₃，
故答案为：＞；c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃），说明亚硫酸氢钠的电离程度大于水解程度，所以氢离子浓度大于氢氧根离子浓度；
（2）向BaC1₂溶液中加入Na₂SO₄和Na₂CO₃，当两种沉淀共存时，溶液中钡离子浓度相同，
c（SO₄^2-））=

1.1×10-10

c(Ba2+)

，c（CO₃^2-）=

5.1×10-9

c(Ba2+)

，
所以：

c(SO42-)

c(CO32-)

=

1.1×10-10

5.1×10-9

=2.2×10^-2mol/L，
故答案为：2.2×10^-2；
（3）加入过量C可提高冰晶石的转化率，以上反应为吸热反应，炭和氧气反应放热维持反应所需高温，
故答案为：使BaSO₄得到充分的还原（或提高BaS的产量），①②为吸热反应，炭和氧气反应放热维持反应所需高温；
（4）a．SO₂和SO₃浓度相等，不能判断浓度是否变化，无法判断是否达到平衡状态，故a错误；
b．SO₂百分含量保持不变，说明各组分的浓度不变，正逆反应速率相等，达到了平衡状态，故b正确；
c．反应方程式两边气体的体积不相等，容器中气体的压强不变，说明各组分浓度不变，正逆反应速率相等，达到了平衡状态，故c正确；
d．SO₃的生成速率与SO₂的消耗速率相等，表示的都是正逆反应速率，无法判断正逆反应速率是否相等，故d错误；
故选：bc；
（5）该原电池中，负极上失电子被氧化，所以负极上投放的气体是二氧化硫，二氧化硫失电子和水反应生成硫酸根离子和氢离子，正极上投放的气体是氧气，正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，根据硫酸和水的出口方向知，B极是负极，A极是正极，所以B极上的电极反应式为：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺，
原电池放电时，氢离子由负极B移向正极A，所以其电池反应式为：2SO₂+O₂+2H₂O═2H₂SO₄，
故答案为：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺；2SO₂+O₂+2H₂O═2H₂SO₄．

点评：本题考查了制备BaCl₂和SO₃的流程，考查较为综合，题目具有一定难度，涉及盐类的水解、难溶电解质的溶解平衡、反应热的计算等问题，本题注意溶度积常数的利用．