Question

（2010?厦门二模）高温裂解法处理工业废硫酸的流程图如下：
废硫酸高温裂解的基本原理可用下列方程按两个阶段进行
H₂SO₄（1）

500-850℃

SO₃（g）+H₂O（g）△H=+176kJ?mol^-1
2SO₃（g）?2SO₂（g）+O₂（g）△H=+196k?mol^-1
为研究废硫酸的雾化和裂解情况，有关实验数据如下

	雾化后废硫酸液滴直径	废硫酸完全裂解所需时间
普通雾化器	800-1200/μm	10s以上
旋转式雾化器	600-850 μm	8-10s
压缩风雾化器	400-650 μm	6-7s
超声波雾化器	100-300μm	3.5-5s

（1）由上表数据可得出的结论是

废硫酸液滴直径越小裂解速率越快

；
（2）废硫酸裂解成SO₂总反应的热化学方程式为

2H₂SO₄（l）═2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）△H=+548kJ?mol^-1

；
（3）在催化氧化室中发生反应：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196kJ?mol^-1
①某温度时，该反应的平衡常数K=3.5，平衡后再充入一定量气体测得．100L的恒容密闭容器中含有3.0molSO₂，16.0mol O₂和3.0mol SO₃（g），此时平衡

向逆反应方向

移动；（填“向正反应方向”、“向逆反应方向”或“不”）
②上述反应达到平衡后，改变下列条件，能使SO₂平衡浓度比原来减小的是

A、C

；（填字母）
A．保持温度和容器体积不变，充入1.0molO₂
B．保持温度和容器内压强不变，充入3.0molN₂
C．降低温度
D．在其他条件不变时，缩小容器的容积
（4）尾气SO₂用饱和Na₂SO₃溶液吸收可得到一种化工原料，反应的化学方程式为

SO₂+H=2O+Na₂SO₃═2NaHSO₃

（5）科学家研究出以图所示装置用电化学原理生产硫酸的新工艺，其阳极的电极反应式为

SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺

，总反应的化学方程式为

2SO₂+O₂+2H₂O═2H₂SO₄

．

Answer 1

分析：（1）根据表中雾化后废硫酸液滴直径与废硫酸完全裂解所需时间的关系分析；
（2）根据废硫酸高温裂解的基本原理的两个阶段发生的反应结合盖斯定律分析；
（3）①根据浓度商与平衡常数的大小判断反应进行的方向；
②改变下列条件，能使SO₂平衡浓度比原来减小，则平衡正移；
（4）饱和Na₂SO₃溶液与SO₂反应生成NaHSO₃；
（5）电解原理：使电流通过电解质溶液，而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程，阳极是还原剂发生氧化反应，阴极是氧化剂发生还原反应，分析出氧化剂、还原剂，结合电解质溶液，正确书写出电极反应．

解答：解：（1）根据表中雾化后废硫酸液滴直径与废硫酸完全裂解所需时间的关系可知，废硫酸液滴直径越小裂解速率越快，故答案为：废硫酸液滴直径越小裂解速率越快；
（2）已知废硫酸高温裂解的基本原理可用下列方程按两个阶段进行
H₂SO₄（1）

500-850℃

SO₃（g）+H₂O（g）△H=+176kJ?mol^-1
2SO₃（g）?2SO₂（g）+O₂（g）△H=+196k?mol^-1
根据盖斯定律：第一个方程乘以2再加上第二个方程得：2H₂SO₄（l）═2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g），
所以2H₂SO₄（l）═2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）△H=（+176kJ?mol^-1）×2+（+196k?mol^-1）=+548kJ?mol^-1；
故答案为：2H₂SO₄（l）═2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）△H=+548kJ?mol^-1；
（3）①100L的恒容密闭容器中含有3.0molSO₂，16.0mol O₂和3.0mol SO₃（g），则cC（SO2）=0.03mol/L，c（O2）=0.16mol/L，Cc（SO3）=0.03mol/L，
因为浓度商Q_C=

c2(SO3)

c2(SO2)?c(O2)

=

0.032

0.032×0.16

=6.25＞K=3.5，所以化学反应逆向进行，故答案为：向逆反应方向；
②已知反应：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196kJ?mol^-1，改变条件，能使SO₂平衡浓度比原来减小，则平衡正移，
A．保持温度和容器体积不变，充入1.0molO₂，则平衡正移，能使SO₂平衡浓度比原来减小，故A正确；
B．保持温度和容器内压强不变，充入3.0molN₂，容器的体积增大，各反应物的分压减小，则平衡逆移，能使SO₂平衡浓度比原来增大，故B错误；
C．降低温度，则平衡正移，能使SO₂平衡浓度比原来减小，故C正确；
D．在其他条件不变时，缩小容器的容积，则平衡正移，能使SO₂平衡时的物质的量比原来减小，但是由于体积缩小，则浓度可能增大，故D错误；
故答案为：AC；
（4）饱和Na₂SO₃溶液与SO₂反应生成NaHSO₃，所以能用饱和Na₂SO₃溶液吸收，其反应方程式为：SO₂+H=2O+Na₂SO₃═2NaHSO₃；
故答案为：SO₂+H=2O+Na₂SO₃═2NaHSO₃；
（5）电解池中阳极是还原剂发生氧化反应，阴极是氧化剂发生还原反应．根据题意可知：通入二氧化硫的电极为阳极，通入氧气的电极为阴极，阳极反应：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺，阴极反应：O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O，阴、阳电极反应合并得总反应为：2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄；
故答案为：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺、2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄．

点评：本题考查了盖斯定律的应用、化学平衡的有关知识、电化学的有关知识，如利用浓度商判断化学反应进行的方向，外界条件对化学平衡的影响以及有关化学计算，试题较灵活，综合性强，难度较大．