Question

2．硫酸钙是一种用途非常广泛的产品，可用于生产硫酸、水泥等，以下是工业利用硫酸钙的部分流程（图1）：

（1）工业生产中产生的含SO₂废气经石灰吸收和氧化后制成硫酸钙，写出反应方程式2SO₂+2Ca（OH）₂+O₂=2CaSO₄+2H₂O．
（2）装置Ⅱ中，在一定条件下，二氧化硫和氧气发生反应时，温度与二氧化硫的转化率的关系如表所示：

温度/℃	400	500	600
SO2转化率/%	99.2	93.5	73.7

①该反应的平衡常数表达式K=$\frac{c（SO{\;}_{3}）{\;}^{2}}{c（SO{\;}_{2}）{\;}^{2}c（O{\;}_{2}）}$．
②关于此反应下列说法正确的是ac（填字母）．
a．该反应△H＜0
b．反应达到平衡时，SO₂，O₂，SO₃ 的浓度一定都相等
c．反应达到平衡状态时，v（SO₂）_正=2v（O₂）_逆
d．升高温度或使用催化剂都可提高SO₂的转化率
③硫酸厂尾气（主要成分为SO₂、O₂和N₂）中低浓度SO₂的吸收有很多方法．用氨水吸收上述尾气，若尾气中
SO₂与氨水恰好反应得到弱碱性的（NH₄）₂SO₃溶液，则有关该溶液的下列关系正确的是ac （填字母）．
a．c（NH₄⁺）+c（NH₃•H₂O）=2[c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（H₂SO₃）]
b．c（NH₄⁺）+c （H⁺）=c （SO₃^2-）+c （HSO₃^-）+c （OH^-）
c．c（NH₄⁺）＞c （SO₃^2-）＞c （OH^-）＞c （H⁺）
（3）装置Ⅲ中，一氧化碳与氢气反应生成甲醇（催化剂为Cu₂O/ZnO）．
已知：①2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-283kJ•mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1
③2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O （l）△H=-725.8kJ•mol^-1
试写出CO与H₂在一定条件下反应生成CH₃OH（l）的热化学方程式CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（l）△H=-350.2kJ•mol^-1．
（4）在固态金属氧化物电解池中，一定条件下H₂O-CO₂混合气体制备H₂和CO是一种新的能源利用方式，基本原理如图2所示．
①Y端是电源的正极（填正极或负极）．
②阴极的电极反应式为 CO₂+2eˉ=CO+O²ˉ和H₂O+2e^-═H₂↑+O^2-．

Answer 1

分析 （1）根据SO₂与石灰和氧气反应生成硫酸钙和水书写；
（2）①根据平衡常数为生成物浓度的幂次方之积比上反应物浓度的幂次方之积书写；
②a．根据图表数据可知，温度越高，SO₂的转化率越小，说明升温平衡向逆向移动判断；
b．反应达到平衡时，正逆反应速率一定相等，浓度不一定相等；
c．根据反应速率之比等于系数之比，结合反应达到平衡时，正逆反应速率一定相等判断；
d．升高温度，平衡向吸热方向移动，使用催化剂平衡不移动；
③a．根据（NH₄）₂SO₃溶液物料守恒判断；
b．根据（NH₄）₂SO₃溶液电荷守恒判断；
c．根据（NH₄）₂SO₃溶液显弱碱性及其水解为微弱的判断；
（3）①2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-283kJ•mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1
③2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O （l）△H=-725.8kJ•mol^-1
根据盖斯定律①×$\frac{1}{2}$+②-③×$\frac{1}{2}$计算；
（4）①电解池阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应，根据与Y极相连的电极产生的氧气判断；
②电解池阴极发生还原反应，根据反应物结合化合价的变化分析．

解答 解：（1）SO₂与石灰和氧气反应生成硫酸钙和水，方程式为：2SO₂+2Ca（OH）₂+O₂=2CaSO₄+2H₂O，故答案为：2SO₂+2Ca（OH）₂+O₂=2CaSO₄+2H₂O；
（2）①在一定条件下，二氧化硫和氧气发生反应生成三氧化硫，方程式为：2SO₂+O₂$?_{△}^{催化剂}$2SO₃，平衡常数表达式K=$\frac{c（SO{\;}_{3}）{\;}^{2}}{c（SO{\;}_{2}）{\;}^{2}c（O{\;}_{2}）}$，故答案为：K=$\frac{c（SO{\;}_{3}）{\;}^{2}}{c（SO{\;}_{2}）{\;}^{2}c（O{\;}_{2}）}$；
②a．根据图表数据可知，温度越高，SO₂的转化率越小，说明升温平衡向吸热的逆向移动，所以该反应正反应为放热反应即△H＜0，故a正确；
b．反应达到平衡时，SO₂，O₂，SO₃ 的浓度不一定都相等，故b错误；
c．反应速率之比等于系数之比，所以v（SO₂）_逆=2v（O₂）_逆，又反应达到平衡状态时v（SO₂）_正=v（SO₂）_逆，所以反应达到平衡状态时，v（SO₂）_正=2v（O₂）_逆，故c正确；
d．升高温度，平衡向吸热方向即逆向移动，SO₂的转化率减小，使用催化剂平衡不移动，故d错误；
故选：ac；
③a．（NH₄）₂SO₃溶液物料守恒，则c（NH₄⁺）+c（NH₃•H₂O）=2[c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（H₂SO₃）]，故a正确；
b．（NH₄）₂SO₃溶液电荷守恒，则c（NH₄⁺）+c （H⁺）=2c （SO₃^2-）+c （HSO₃^-）+c （OH^-），故b错误；
c．因为（NH₄）₂SO₃溶液显弱碱性，则c （OH^-）＞c （H⁺），又水解微弱的，所以c（NH₄⁺）＞c （SO₃^2-）＞c （OH^-）＞c （H⁺），故c正确；
故选：ac；
（3）①2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-283kJ•mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1
③2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O （l）△H=-725.8kJ•mol^-1
根据盖斯定律①×$\frac{1}{2}$+②-③×$\frac{1}{2}$得，CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（l）△H=-283×$\frac{1}{2}$-571.6+725.8×$\frac{1}{2}$=-350.2kJ•mol^-1；
故答案为：CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（l）△H=-350.2kJ•mol^-1；
（4）①根据图示知：与Y相连的电极产生O₂，电解H₂O-CO₂混合气体，氧离子失去电子生成氧气，发生氧化反应，电解池阳极发生氧化反应，所以Y是电源的正极，故答案为：正极；
②电解池阴极发生还原反应，电解H₂O-CO₂混合气体制备H₂和CO，阴极：水中的氢原子得到电子生成氢气，H₂O+2e^-═H₂↑+O^2-，二氧化碳得到电子生成一氧化碳，CO₂+2e^-═CO+O^2-，故答案为：H₂O+2e^-═H₂↑+O^2-．

点评 本题考查较综合，涉及方程式的书写、盖斯定律、化学平衡移动的影响因素以及电解池原理等知识点，外界条件对化学平衡的影响是考查热点，为易错点．