Question

2．PM2.5（可入肺颗粒物）污染与能源使用的排放有关，SO₂、NO₂、氨气以及挥发性有机物都是污染性气体．旋转喷雾干燥法是去除燃煤烟气中二氧化硫的方法之一，工艺流程如图1所示：
（1）写出高速旋转雾化器中发生反应的化学方程式2SO₂+O₂+2Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{△}$2 CaSO₄+2H₂O．
（2）在一定条件下，SO₂可被氧气氧化，每生成8gSO₃气体，放出9.83kJ的热量．写出该反应的热化学方程式2SO₂（g）+O₂（g）=2SO₃（g）△=-196.6kJ/mol．
（3）500℃时，在催化剂存在条件下，分别将2molSO₂和1molO₂置于恒压容器Ⅰ和恒容容器Ⅱ中（两容器起始容积均为2L），充分反应，二者均达到平衡后：
①两容器中SO₃的体积分数关系是Ⅰ＞Ⅱ（填“＞”、“＜”或“=”）．若测得容器II中的压强减小了30%，则该温度下的化学平衡常数K=1620．
②t₁时刻分别向两容器的平衡体系中加入2molSO₃，则两容器中SO₃的体积分数随时间变化曲线图图2正确的是A（填序号）．
（4）用NaOH溶液吸取烟气中的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3所示（电极材料为石墨）．
①图中a极要连接电源的负极，C口流出的物质是硫酸（填名称）．
②SO₃^2-放电的电极反应式为SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺．
③电解过程中阴极区碱性明显增强，请用平衡移动原理解释原因：H₂O?H⁺+OH^-，在阴极H⁺放电生成H₂，c（H⁺）减小，水的电离平衡正向移动，碱性增强．

Answer 1

分析 （1）高速旋转雾化器中涉及反应为二氧化硫、氧气和氢氧化钙反应生成硫酸钙；
（2）燃烧热是1mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物放出的热量，根据每生成8g SO₃气体，放出9.83kJ的热量，求出生成2molSO₃气体放出的热量，据此写出燃烧热的化学方程式；
（3）①根据压强对化学平衡移动的影响知识来回答，反应体系中，压强之比等于物质的量之比，根据三段式计算平衡时各种物质的浓度，依据平衡常数表达式计算平衡常数；
②根据压强对速率和平衡影响分析，恒压容器I和恒容容器Ⅱ中，分别向两容器的平衡体系中加入2mol SO₃，平衡逆向进行，气体的物质的量增大，恒压容器I的体积增大，恒容容器Ⅱ的体积不变压强增大，则容器Ⅱ的反应速率快达到平衡所用时间短，压强大平衡向生成SO₃向进行，则容器Ⅱ中SO₃含量高；
（4）①根据电解池中阴阳离子的移动方向：阳离子移向阴极可以判断①图中a极要连接电源的负极，SO₃^2-在阳极失去电子变成SO₄^2-，所以C口流出的物质是H₂SO₄；
②SO₃^2-失去电子被氧化成SO₄^2-；
③在阴极H⁺放电生成H₂，c（H⁺）减小，水的电离平衡H₂O?H⁺+OH^-正向移动，所以碱性增强．

解答 解：（1）高速旋转雾化器中涉及反应为二氧化硫、氧气和氢氧化钙反应生成硫酸钙，反应的方程式为：2SO₂+O₂+2Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{△}$2 CaSO₄+2H₂O，
故答案为：2SO₂+O₂+2Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{△}$2 CaSO₄+2H₂O；
（2）依据方程式2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），每生成8g 即0.1molSO₃气体，放出9.83kJ的热量，则生成2molSO₃气体放出的热量为196.6kJ，所以反应的热化学方程式为：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ/molKJ•mol^-1；
故答案为：2SO₂（g）+O₂（g）=2SO₃（g）△=-196.6kJ/mol；
（3）①对于反应：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），恒容容器相当于恒压容器的基础上加大压强，化学平衡正向移动，SO₃的体积分数增大，所以Ⅰ＞Ⅱ；将2mol SO₂和1mol O₂置于恒容容器II中，设容器中SO₂的变化量为x，
      2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
初始量：2        1       0
变化量：x      0.5x      x
平衡量：2-x   1-0.5x     x
容器II中的压强减小了30%，$\frac{3}{2-x+1-0.5x+x}$=$\frac{1}{1-30%}$  解得x=1.8mol；
则平衡时二氧化硫的物质的量为0.2mol，浓度为：$\frac{0.2mol}{2L}$=0.1mol/L；
氧气的物质的量为0.1mol，浓度为：$\frac{0.1mol}{2L}$=0.05mol/L；
三氧化硫的物质的物质的量为1.8mol，浓度为：$\frac{1.8mol}{2L}$=0.9mol/L；
平衡常数K=$\frac{{C}^{2}（S{O}_{3}）}{{C}^{2}（S{O}_{2}）C（{O}_{2}）}$=$\frac{0.9×0.9}{0.1×0.1×0.05}$=1620；
故答案为：1620；
②恒压容器I和恒容容器Ⅱ中，分别向两容器的平衡体系中加入2mol SO₃，平衡逆向进行，气体的物质的量增大，恒压容器I的体积增大，恒容容器Ⅱ的体积不变压强增大，则容器Ⅱ的反应速率快达到平衡所用时间短，压强大平衡向生成SO₃向进行，则容器Ⅱ中SO₃含量高，所以图A符合，
故答案为：A；
（4）①根据电解池中阴阳离子的移动方向：阳离子移向阴极可以判断①图中a极要连接电源的负极，SO₃^2-在阳极失去电子变成SO₄^2-，所以C口流出的物质是H₂SO₄，
故答案为：负；硫酸；
②SO₃^2-失去电子被氧化成SO₄^2-，电极反应式为：SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺，故答案为：SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺；
③在阴极H⁺放电生成H₂，c（H⁺）减小，水的电离平衡H₂O?H⁺+OH^-正向移动，所以碱性增强，
故答案为：H₂O?H⁺+OH^-，在阴极H⁺放电生成H₂，c（H⁺）减小，水的电离平衡正向移动，碱性增强．

点评 本题考查了方程式的书写、平衡常数的计算、电解池工作原理，熟悉相关知识是解题关键，题目难度中等．