Question

11．脱去冶金工业排放烟气中SO₂的方法有多种．
（1）利用本生（Bunsen）热化学循环吸收SO₂工艺由下列三个反应组成：
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（I）△H₁=-572kJ•mol^-1
2HI（g）═H₂（g）+I₂（g）△H₂=+10kJ•mol^-1
2H₂SO₄（I）═2SO₂（g）+2H₂O（g）+O₂（g）△H₃=+462kJ•mol^-1
则得SO₂（g）+I₂（g）+2H₂O（I）═2HI （g）+H₂SO₄（I）△H=+45 kJ•mol^-1
（2）氧化锌吸收法．配制ZnO悬浊液，在吸收塔中封闭循环脱硫．测得pH、吸收效率η随时间t的变化如图1所示；溶液中部分微粒与PH的关系如图2所示．

①为提高SO₂的吸收效率η，可采取的措施有：增大悬浊液中ZnO的量、调节溶液的pH至6.8以上．
②图1中的pH-t曲线ab段发生的主要化学方程式为ZnSO₃+SO₂+H₂O=Zn（HSO₃）₂
③pH=7时，溶液中$\frac{c（Z{n}^{2+}）}{c（S{O}_{3}^{2-}）}$=$\frac{3}{2}$
（3）如图3所示，利用惰性电解电解含SO₂的烟气回收S及H₂SO₄，以实现废物利用．
①阴极的电极反应式为SO₂+4H⁺+4e^-=S↓+2H₂O．
②每处理含19.2g SO₂的烟气，理论上回收S、H₂SO₄的物质的量分别为0.1mol、0.2mol．

Answer 1

分析 （1）①2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（I）△H₁=-572kJ•mol^-1
②2HI（g）═H₂（g）+I₂（g）△H₂=+10kJ•mol^-1
③2H₂SO₄（I）═2SO₂（g）+2H₂O（g）+O₂（g）△H₃=+462kJ•mol^-1
结合盖斯定律计算，（①+2×②+③）×$\frac{1}{2}$得到热化学方程式为：2HI （g）+H₂SO₄（I）=SO₂（g）+I₂（g）+2H₂O（I）△H=-90KJ/mol，方向改变得所需热化学方程式；
（2）①根据图1中SO₂的吸收效率η与时间、溶液的pH的关系对各选项进行判断；
②ab段溶液的pH介于4～6之间，结合图2可知，该pH条件下溶液中主要存在亚硫酸氢根离子，则pH-t曲线ab段发生反应为亚硫酸锌与二氧化硫反应生成亚硫酸氢锌；
③根据图2可知，当溶液的pH=7时，溶液的亚硫酸氢根离子和亚硫酸根离子相同，物质的量之比图形中可知为1：1；
（3）利用惰性电解电解含SO₂的烟气回收S及H₂SO₄，以实现废物利用，阴极上是二氧化硫得到电子生成硫单质，阳极上是二氧化硫失电子被氧化生成硫酸，
①阴极上是二氧化硫得到电子生成硫单质；
②每处理含19.2g SO₂的烟气，理论上回收S、H₂SO₄的物质的量结合阳极和阴极电极反应和电子守恒计算；

解答 解：（1）①2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（I）△H₁=-572kJ•mol^-1
②2HI（g）═H₂（g）+I₂（g）△H₂=+10kJ•mol^-1
③2H₂SO₄（I）═2SO₂（g）+2H₂O（g）+O₂（g）△H₃=+462kJ•mol^-1
结合盖斯定律计算，（①+2×②+③）×$\frac{1}{2}$得到热化学方程式为：2HI （g）+H₂SO₄（I）=SO₂（g）+I₂（g）+2H₂O（I）△H=-45KJ/mol，方向改变得所需热化学方程式：SO₂（g）+I₂（g）+2H₂O（I）═2HI （g）+H₂SO₄（I）△H=+45KJ/mol，
故答案为：+45；
（2）①增大悬浊液中ZnO的量，可以充分吸收二氧化硫，从而提高吸收效率，根据图1中吸收效率与溶液的Ph关系看，溶液的pH越低，吸收效率越低，为提高SO₂的吸收效率η，增大悬浊液中ZnO的量，溶液的pH在6.8以上时吸收效率最增大，
故答案为：调节溶液的pH至6.8以上；
  ②段溶液的pH介于4～6之间，结合图2可知，该pH条件下溶液中主要存在亚硫酸氢根离子，则pH-t曲线ab段发生的主要反应为：ZnSO₃+SO₂+H₂O=Zn （HSO₃）₂，
故答案为：ZnSO₃+SO₂+H₂O=Zn（HSO₃）₂；
 ③根据图2可知，当溶液的pH=7时，溶液的亚硫酸氢根离子和亚硫酸根离子相同，物质的量之比图形中可知为1：1，ZnSO₃，Zn（HSO₃）₂按照1：0.5混合，锌离子和亚硫酸根离子物质的量之比=$\frac{3}{2}$，
故答案为：$\frac{3}{2}$；
（3）①阴极上是二氧化硫得到电子生成硫单质，电极反应为：SO₂+4H⁺+4e^-=S↓+2H₂O，
故答案为：SO₂+4H⁺+4e^-=S↓+2H₂O；      
②每处理含19.2g SO₂的烟气物质的量=$\frac{19.2g}{64g/mol}$=0.3mol，阴极上是二氧化硫得到电子生成硫单质，电极反应为：SO₂+4H⁺+4e^-=S↓+2H₂O，阳极电极反应为：SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺，电子守恒得到S～2H₂SO₄～4e^-，
理论上回收S、H₂SO₄的物质的量分别为0.1mol，0.2mol，
故答案为：0.1mol、0.2mol．

点评 本题考查了热化学方程式书写和盖斯定律的计算应用、图象变化的特征、电解池原理和电极反应书写等知识点，掌握基础是解题关键，题目难度中等．