Question

4．硫单质和化合物在工农业生产中有着重要的应用，而SO₂直接排放会对环境造成危害．
Ⅰ．已知：重晶石（BaSO₄）高温煅烧可发生一系列反应，其中部分反应如下：
BaSO₄（s）+4C（s）═BaS（s）+4CO（g）△H=+571.2kJ•mol^-1
BaS（s）═Ba（s）+S（s）△H=+460kJ•mol^-1
已知：2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H=-221kJ•mol^-1
则：Ba（s）+S（s）+2O₂（g）═BaSO₄（s）△H=-1473.2kJ•mol^-1．
Ⅱ．SO₂的尾气处理通常有以下几种方法：
（1）活性炭还原法
反应原理：恒温恒容时2C（s）+2SO₂（g）═S₂（g）+2CO₂（g）．
反应进行到不同时间测得各物质的浓度如图1：
①0～20min反应速率表示为v（SO₂）=0.03mol/（L•min）；
②30min时，改变某一条件平衡发生移动，则改变的条件最有可能是减少CO₂的浓度；
③40min时，平衡常数K=0.675．
（2）亚硫酸钠吸收法
①Na₂SO₃溶液吸收SO₂的离子方程式为SO₃^2-+SO₂+H₂O=2HSO₃^-；
②常温下，当吸收至NaHSO₃时，吸收液中相关离子浓度关系一定正确的是abc（填序号）．
a．c（Na⁺）+c（H⁺）＞c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（OH^-）
b．c（Na⁺）=c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（H₂SO₃）
c．c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）
d．水电离出c（H⁺）=1×10^-8 mol/L
（3）电化学处理法
①如图所示，Pt（Ⅰ）电极的反应式为SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺；
②当电路中转移0.02mol e^-时（较浓H₂SO₄尚未排出），交换膜左侧溶液中约增加0.03mol离子．

Answer 1

分析 Ⅰ．已知①BaSO₄（s）+4C（s）=BaS（s）+4CO（g）△H=+571.2kJ?mol^-1
②BaS（s）=Ba（s）+S（s）△H=+460kJ?mol^-1
③2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221kJ?mol^-1，
根据盖斯定律：③×2-①-②得方程式Ba（s）+S（s）+2O₂（g）=BaSO₄（s）据此计算；
Ⅱ．（1）①根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（SO₂）；
②30min时瞬间，二氧化碳浓度降低，S₂的浓度不变，而后二氧化碳、S₂的浓度均增大，应是减少CO₂的浓度；
③平衡常数K=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$计算，注意固体和纯液体不写入表达式；
（2）①Na₂SO₃溶液与SO₂反应生成亚硫酸氢钠；
②a．根据电荷守恒判断；
b．根据物料守恒判断；
c．NaHSO₃溶液中HSO₃^-的电离程度大于其水解程度；
d．水电离出氢离子浓度等于溶液中氢氧根离子浓度，由于NaHSO₃溶液的pH未知，不能计算水电离出氢离子浓度；
（3）①由图可知，Pt_（1）电极上二氧化硫被氧化生成硫酸；
②左侧电极反应式为：SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺，根据电子转移守恒计算生成硫酸根、氢离子的物质的量，为保持溶液电中性，多余的氢离子通过阳离子交换膜移至右侧，左侧溶液中增加离子为生成硫酸电离的离子总量．

解答 解：Ⅰ．已知①BaSO₄（s）+4C（s）=BaS（s）+4CO（g）△H=+571.2kJ?mol^-1
②BaS（s）=Ba（s）+S（s）△H=+460kJ?mol^-1
③2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221kJ?mol^-1，
根据盖斯定律：③×2-①-②得方程式Ba（s）+S（s）+2O₂（g）=BaSO₄（s）△H=（-221）×2-（+460）-（+571.2）=-1473.2KJ•mol^-1，
故答案为：-1473.2KJ•mol^-1；
Ⅱ．（1）①由图可知，0-20min内二氧化硫浓度变化量为1mol/L-0.4mol/L=0.6mol/L，故v（SO₂）=$\frac{0.6mol•{L}^{-1}}{20min}$=0.03mol/（L•min），
故答案为：0.03mol/（L•min）；
②30min时瞬间，二氧化碳浓度降低，S₂的浓度不变，而后二氧化碳、S₂的浓度均增大，应是减少CO₂的浓度，
故答案为：减少CO₂的浓度；
③恒温恒容时2C（s）+2SO₂（g）?S₂（g）+2CO₂（g），平衡常数K=$\frac{c（{S}_{2}）{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）}$=$\frac{0.3×0．{6}^{2}}{0．{4}^{2}}$=0.675，
故答案为：0.675；
（2）①Na₂SO₃溶液与SO₂反应生成亚硫酸氢钠，反应离子方程式为：SO₃^2-+SO₂+H₂O=2HSO₃^-，
故答案为：SO₃^2-+SO₂+H₂O=2HSO₃^-；
②a．根据电荷守恒：c（Na⁺）+c（H⁺）=2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（OH^-），故溶液中c（Na⁺）+c（H⁺）＞c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（OH^-），故a正确；
b．溶液中S元素以SO₃^2-、HSO₃^-、H₂SO₃形式存在，Na元素与硫元素物质的量之比为1：1，故溶液中c（Na⁺）=c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（H₂SO₄），故b正确；
c．NaHSO₃溶液中HSO₃^-的电离程度大于其水解程度，故溶液中c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-），故c正确；
d．水电离出氢离子浓度等于溶液中氢氧根离子浓度，由于NaHSO₃溶液的pH未知，不能计算水电离出氢离子浓度，故d错误，
故答案为：abc；
（3）①由图可知，Pt_（1）电极上二氧化硫被氧化生成硫酸，电极反应式为：SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺，
故答案为：SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺；
②左侧电极反应式为：SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4 H⁺，根据电子转移守恒，生成硫酸根物质的量$\frac{0.02mol}{2}$=0.01mol，生成氢离子为0.04mol，为保持溶液电中性，0.01mol硫酸根需要0.02mol氢离子，多余的氢离子通过阳离子交换膜移至右侧，即有0.02mol氢离子移至右侧，故左侧溶液中增加离子为0.01mol+0.02mol=0.03mol，
故答案为：0.03．

点评 本题属于拼合型题目，涉及反应热计算、反应速率计算、化学平衡影响因素、离子浓度比较、电极反应式书写、电解池有关计算等，需要学生具备扎实的基础，侧重考查学生对知识的迁移应用，（3）中左侧溶液中增加离子物质的量计算为易错点，学生容易根据电极反应式计算，忽略部分氢离子移至右侧，题目综合性强．