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【题目】目前处理烟气中的SO2有三种方法:液吸法、还原法、电化学法。

I.液吸法

25℃Kb(NH3·H2O)=1.8×105H2SO3Ka1=1.5×102Ka2=1.0×107Ksp(CaSO4)=7.1×105

1步:用过量浓氨水吸收SO2,并在空气中氧化。

2步:加入石灰水,发生反应Ca2++2OH+2NH4++SO42CaSO4+2NH3·H2O

(1)25℃(NH4)2SO3溶液呈___________(酸性碱性中性”)

(2)通过计算第2步反应的K判断第2步反应___________(不能”)进行完全。(一般认为K>105时反应就进行完全了。)

Ⅱ.还原法

已知:①2CO(g)+SO2(g)S(l)+2CO2(g) △H1=37.0kJ·mo11

②2H2(g)+SO2(g)S(1)+2H2O(g) △H2=+45.0kJ·mo11

③2CO(g)+O2(g)==2CO2(g) H3=566.0 kJ·mol1

④2H2(g)+O2(g)==2H2O(g) △H4=484.0kJ·mo11

(1)写出液态硫(S)燃烧的热化学方程式_________________________________

(2)一定压强下,反应①SO2的平衡转化率[α(SO2)]与投料比的比值温度(T)的关系如图所示。

CO的平衡转化率:N___________M(填“>”、“<”、“=”,下同);逆反应速率:N___________P

Ⅲ.电化学法

(1)原电池法:写出SO2O2和稀H2SO4所构成的原电池的负极反应式___________

(2)电解法:先用Na2SO4溶液吸收烟气中的SO2,再用离子膜电解法电解吸收液得到单质硫,同时在阳极得到副产物氧气,装置如下图所示。

①b为电源的___________(正极负极”)

Na2SO4溶液代替水吸收烟气中的SO2,目的是______________________

若电解一段时间后通过质子交换膜的离子数为1.204×1024个,则通过处理烟气理论上能得到硫___________Kg

【答案】碱性 -529.0 kJ·mol1 > < 正极 增强溶液导电能力,加快电解速率 16

【解析】

I. (1) 根据Kb(NH3·H2O)=1.8×10-5、H2SO3的Ka2=1.0×10-7分析25℃,(NH4)2SO3溶液的酸碱性;(2) ;Ⅱ. (1)根据盖斯定律计算液态硫(S)燃烧的焓变;(2)相同温度下,越大,α(SO2)越大,根据图示可知;温度越高反应速率越快;Ⅲ. (1) SO2中的S是+4价,反应时升高到+6价,所以发生氧化反应,是原电池的负极;(2)①用离子膜电解法电解吸收液得到单质硫,硫元素化合价降低发生还原反应,在电解池的阴极,同时溶液中氢氧根离子在阳极失电子生成氧气,由于铜是活泼电极,所以铜电极做阴极,铂棒做阳极,电源正极连接阳极,电源负极接阴极;②从溶液导电能力和电解原理分析;③阴极是二氧化硫在酸性溶液中得到电子生成单质硫,通过质子交换膜的离子数与转移电子数相等。

I. (1) Kb(NH3·H2O)=1.8×10-5大于H2SO3的Ka2=1.0×10-7,所以NH4+的水解程度小于SO32-,所以25℃,(NH4)2SO3溶液的显碱性;(2)

所以第2步反应能完全进行。

Ⅱ. (1)②2H2(g)+SO2(g)S(1)+2H2O(g) △H2=+45.0kJ·mo1-1

④2H2(g)+O2(g)==2H2O(g) △H4=-484.0kJ·mo1-1

根据盖斯定律,④-②得液态硫(S)燃烧的热化学方程式 -529.0 kJ·mol-1;(2)相同温度下,越大,α(SO2)越大,根据图示可知,M、N点α(SO2)相等,M点CO的投放大于N,所以CO的平衡转化率:N>M;温度越高反应速率越快,P点的温度大于N,所以逆反应速率:N<P。;Ⅲ. (1) SO2、O2和稀H2SO4所构成的原电池,SO2在负极失电子生成SO42-,负极反应式是;(2)①用离子膜电解法电解吸收液得到单质硫,硫元素化合价降低发生还原反应,该反应在电解池的阴极发生,同时溶液中氢氧根离子在阳极失电子生成氧气,由于铜是活泼电极,所以铜电极做阴极,铂棒做阳极,电源正极连接阳极,电源负极连接阴极,故b是电源正极;②Na2SO4溶液代替水吸收烟气中的SO2,电解过程中可以增强溶液导电能力,加快电解速率;③阴极是二氧化硫在酸性溶液中得到电子生成单质硫,电极反应为:SO2+4H++4e-═S+2H2O;通过质子交换膜的离子数为1.204×1024个,其物质的量为2mol,依据电极反应中定量关系计算,每通过4mol氢离子,生成硫单质1mol,则通过2mol氢离子可生成硫单质0.5mol,质量为0.5mol×32g/mol=16g。

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(4)取30mL0.50mol·L-1 H2SO4溶液与50mL0.50mol·L-1 NaOH溶液在小烧杯中进行中和反应,三次实验温度平均升高4.1℃。已知中和后生成的溶液的 比热容为4.18J/(g·℃),溶液的密度均为1g/cm3。通过计算可得中和热△H=_____

(5)上述实验数值结果与57.3 kJ/mol有偏差,产生此偏差的原因可能是(填字母)______

a.实验装置保温、隔热效果差

b.用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定H2SO4溶液的温度

c.一次性把NaOH溶液倒入盛有硫酸的小烧杯中

(6)实验中若用60mL0.25mol·L-1H2SO4溶液跟50mL0.55mol·L-1NaOH溶液进行反应,与上述实验相比,所放出的热量____(填“相等”.“不相等”),所求中和热___(填“相等”.“不相等”),若用50mL0.50mol·L-1醋酸代替H2SO4溶液进行上述实验,测得反应前后温度的变化值会____(填“偏大”、“偏小”、“不受影响”)。

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试剂Y

A

CH3CH2Br与NaOH乙醇溶液共热

H2O

KMnO4酸性溶液

B

CH3CH2Br与NaOH乙醇溶液共热

H2O

Br2的CCl4溶液

C

C2H5OH与浓硫酸加热至170℃

NaOH溶液

KMnO4酸性溶液

D

C2H5OH与浓硫酸加热至170℃

NaOH溶液

Br2的CCl4溶液

A. A B. B C. C D. D

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序号

条件

现象

结论

温度/

催化剂

1

40

FeCl3溶液

2

20

FeCl3溶液

3

20

MnO2

4

20

实验1、2研究的是 对H2O2分解速率的影响。

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