Question

工业制硫酸时，利用催化氧化反应将SO₂转化为SO₃是一个关键的步骤．
（1）某温度下，SO₂（g）+

1

2

O₂（g）?SO₃（g）；△H=-98kJ?mol^-1．开始时在100L的密闭容器中加入4.0molSO₂（g）和10.0molO₂（g），当反应达到平衡时共放出热量196kJ，该温度下平衡常数K=

 

．
（2）下列关于2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）反应的图象中（图1），正确的是

 

．

（3）SO₂既有氧化性又有还原性，还有漂白性．将SO₂气体通入酸性KMnO₄中，酸性KMnO₄褪色，写出该反应的离子方程式：

 

．（已知KMnO₄酸性条件下的还原产物为Mn²⁺）．
（4）标准状况下，将4.48LCO₂通入200mL1.5mol/L的NaOH溶液，所得溶液中各离子浓度由大到小的顺序为

 

．
（5）如图2是甲醇燃料电池（电解质溶液为KOH溶液）的结构示意图，则a处通入的是

 

（填“甲醇”或“氧气”），其电极上发生的电极反应式为

 

．
（6）常温时，BaSO₄的Ksp═1.08x10^-10，现将等体积的BaCl₂溶液与2.0x10-³mol/l的Na₂SO₄溶液混合．若要生成BaSO₄沉淀，BaCl₂溶液的最小浓度为

 

．

Answer 1

考点：用化学平衡常数进行计算,化学电源新型电池,化学平衡建立的过程,二氧化硫的化学性质

专题：基本概念与基本理论,元素及其化合物

分析：（1）利用三段式法计算平衡浓度，根据平衡常数表达式计算；
（2）升高温度，加快反应速率到达平均的时间缩短，逆反应速率增大更多，平衡向逆反应方向移动，三氧化硫的含量降低；增大压强，加快反应速率到达平均的时间缩短，正反应速率增大更多，平衡向正反应方向移动，三氧化硫的含量增大，据此结合图象判断；
（3）SO₂具有还原性，高锰酸钾具有氧化性，二者发生氧化还原反应生成SO₄^2-和Mn²⁺离子，以此书写离子方程式；
（4）在含等物质的量的碳酸钠、碳酸氢钠的溶液中，碳酸根离子水解大于碳酸氢根离子的水解，水解使溶液显碱性，以此来解答；
（5）燃料电池中，负极上燃料失电子发生氧化反应；碱性条件下，甲醇燃烧生成碳酸根离子；
（6）计算混合后硫酸根的浓度，根据K_sp（BaSO₄）=c（Ba²⁺）?c（SO₄^2-）计算硫酸根沉淀时溶液中c（Ba²⁺），原氯化钡溶液为此时钡离子浓度的2倍，注意溶液混合后各种物质的浓度降为原来的一半．

解答： 解：（1）由SO₂（g）+

1

2

O₂（g）?SO₃（g）△H=-98kJ?mol^-1，
在100L的密闭容器中加入4.0mol SO₂（g）和10.0molO₂（g），当反应达到平衡时共放出热量196kJ，则消耗SO₂ 2mol，
       SO₂（g）+

1

2

O₂（g）?SO₃（g）
起始   4.0mol   10.0mol        0
转化：2mol      1.0mol      2.0mol           
平衡：2.0mol    9.0mol      2.0mol           
则平衡时：c（SO₂）=0.02mol/L，c（O₂）=0.09mol/L，c（SO₃）=0.02mol/L，
所以k=

c(SO3)

c(SO2)× c(O2)

=

0.02mol/L

0.02mol/L× 0.09mol/L

=3.33，
故答案为：3.33；
（2）A．升高温度，逆反应速率增大更多，平衡向逆反应方向移动，图象与实际符合，故A正确；
B．升高温度，平衡向逆反应方向移动，三氧化硫的含量降低，图象与实际符合，故B正确；
C．升高温度，加快反应速率到达平均的时间缩短，逆反应速率增大更多，平衡向逆反应方向移动，三氧化硫的含量降低，图象与实际不符，故C错误；
D．增大压强，加快反应速率到达平均的时间缩短，正反应速率增大更多，平衡向正反应方向移动，三氧化硫的含量增大，图象与实际符合，故D正确；
故答案为：ABD；
（3）SO₂具有还原性，高锰酸钾具有氧化性，二者发生氧化还原反应生成SO₄^2-和Mn²⁺离子，反应的方程式为5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O═5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺，
故答案为：5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O═5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺；
（4）n （CO₂）=0.2mol，n（NaOH）=0.3mol，
则反应的可能方程式有：CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O，CO₂+NaOH=NaHCO₃，
则有：2＞

n(NaOH)

n(CO2)

=

3

2

＞1，
所以：所得产物为Na₂CO₃和NaHCO₃，
设所得产物中含Na₂CO₃为xmol，NaHCO₃为ymol，
则得方程组：

x+y=0.2 2x+y=0.3

解得：x=0.1，y=0.1，
在含等物质的量的碳酸钠、碳酸氢钠的溶液中，c（Na⁺）最大，碳酸根离子水解大于碳酸氢根离子的水解，则c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-），
水解使溶液显碱性，则c（OH^-）＞c（H⁺），显性离子大于隐性离子，所以c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案为：c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
（5）燃料电池中，负极上燃料失电子发生氧化反应，碱性条件下，甲醇在负极生成碳酸根离子，故a应该通入甲醇，其电极反应式为CH₃OH-6e^-+8OH^-═CO₃^2-+6H₂O，
故答案为：甲醇；CH₃OH-6e^-+8OH^-═CO₃^2-+6H₂O；
（6）等体积混合后，c（SO₄^2-）=

1

2

×2.0×10^-3mol/L=1.0×10^-3mol/L，故BaSO₄沉淀所需Ba²⁺离子的最小浓度为c（Ba²⁺）=

1.08×10-10

10-3

mol/L=1.08×10^-7mol/L，故原BaCl₂溶液的浓度为2×1.08×10^-7mol/L=2.16×10^-7mol/L，
故答案为：2.16×10^-7mol/L．

点评：本题考查了化学平衡常数的计算、化学平衡的有关计算、平衡建立过程、二氧化硫性质等，综合性较强，注意细心思考，细心计算．