Question

2013年初北京连续出现了严重的雾霾天气，给人们的出行及身体造成了极大的危害．研究NO₂、SO₂、CO等大气污染气体的处理具有重要意义．
Ⅰ．脱硫技术能有效控制SO₂对空气的污染．
（1）向煤中加入石灰石可减少燃烧产物中SO₂的含量，该反应的化学方程式是

 

．
（2）海水呈弱碱性，主要含有Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、SO₄^2-、Br^-、HCO₃^-等离子．含SO₂的烟气可利用海水脱硫，其工艺流程如下图所示：

①向曝气池中通入空气的目的是

 

．
②通入空气后曝气池中海水与天然海水相比，浓度有明显不同的离子是

 

．
a．Cl^-　 　　　　　b．SO₄^2-　　　　　　　 c．Br^-　　　　　　　 d．HCO₃^-
（3）用NaOH溶液吸收烟气中的SO₂，将所得的Na₂SO₃溶液进行电解，可循环再生NaOH，同时得到H₂SO₄，其原理如图所示．（电极材料为石墨）

①图中a极要连接电的（填“正”或“负”）

 

极，C口流出的物质是

 

．
②SO₃^2-放电的电极反应式为

 

．
③电解过程中阴极区碱性明显增强，用平衡移动原理解释原因

 

．
Ⅱ．我国的能消费结构以燃煤为主，改变煤的利用方式可减少环境污染．以下是对煤进行处理的方法：
将水蒸气通过红热的碳即可产生水煤气，其反应为C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ?mol^-1，
（1）该反应在

 

下能自发进行（填“高温”或“低温”）；
（2）煤气化过程中产生的有害气体H₂S可用足量的Na₂CO₃溶液吸收，该反应的离子方程式为

 

．
（已知：H₂S K_a1=9.1×10^-8；K_a2=1.1×10^-12  H₂CO₃ K_a1=4.30×10^-7；K_a2=5.61×10^-11）

Answer 1

考点：常见的生活环境的污染及治理,反应热和焓变,化学电源新型电池

专题：基本概念与基本理论

分析：Ⅰ．（1）向煤中加入石灰石起固硫的作用，该反应的化学方程式是：2SO₂+O₂+2CaCO₃=2CaSO₄+2CO₂；
（2）①含SO₂的烟气可利用海水脱硫，向曝气池中通入空气的目的是利用氧气把H₂SO₃、HSO₃^-等氧化为SO₄^2-；
②由上一问可知硫酸根浓度肯定增大，天然海水呈弱碱性，通入空气后曝气池中的海水会生成酸性物质会消耗HCO₃^-，HCO₃^-会减少；
（3）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-放电的电极反应式为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；
Ⅱ．（1）根据△G=△H-T△S判断，△G＜0，反应自发进行；
（2）根据碳酸和氢硫酸的两步电离平衡常数进行比较氢硫酸与碳酸、碳酸氢根离子离子酸性大小，从而得出反应产物，写出反应的离子方程式；

解答： 解：Ⅰ．（1）1）向煤中加入石灰石起固硫的作用，该反应的化学方程式是：2SO₂+O₂+2CaCO₃

高温  .

2CaSO₄+2CO₂，
故答案为：2SO₂+O₂+2CaCO₃

高温  .

2CaSO₄+2CO₂（2分）
（2）①含SO₂的烟气可利用海水脱硫，向曝气池中通入空气的目的是把H₂SO₃、HSO₃^-等氧化为SO₄^2-，故答案为：将H₂SO₃、HSO₃^-等氧化为SO₄^2-；
②由上一问可知硫酸根浓度肯定增大，天然海水呈弱碱性，通入空气后曝气池中的海水会生成酸性物质会消耗HCO₃^-，HCO₃^-会减少，
故答案为：bd；
（3）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-放电的电极反应式为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；
Ⅱ．（1）由热化学反应方程式可知，该反应为焓增、熵增过程，即△H＞0、△S＞0，必须满足△G=△H-T△S＜0反应才能自发进行，所以在高温下能够自发进行，
故答案为：高温；
（2）由于K_a2=5.61×10^-11＜K_a1=9.1×10^-8＜K_a1=4.30×10^-7、K_a2=5.61×10^-11＞K_a2=1.1×10^-12，所以氢硫酸能够与碳酸钠溶液反应生成碳酸氢钠和硫氢化钠，反应的离子方程式为：CO₃^2-+H₂S=HCO₃^-+HS^-，
故答案为：CO₃^2-+H₂S=HCO₃^-+HS^-；

点评：本题是化学与环境有关知识，侧重考查电解池阴极阳极的判断、电极反应式的书写、电解液的变化、反应热与焓变等知识，注意知识的灵活运用以及结合生产工艺流程分析，题目难度中等．