Question

20．含硫化合物在生产、生活中有较广泛的应用．请按要求回答下列问题．
I．“保险粉”（Na₂S₂O₄）易溶于水、难溶于乙醇，具有极强的还原性，在空气中易被氧化，在碱性介质中稳定．它的制备工艺流程如图所示，请按要求回答下列问题．

（1）“反应”在70℃条件下进行，写出发生反应的离子方程式：HCOO^-+OH^-+2SO₂=S₂O₄^2-+CO₂+H₂O．
（2）在包装保存“保险粉”时加入少量的Na₂CO₃固体，目的是Na₂CO₃为碱性物质，提高“保险粉”的稳定性．
（3）现将10mL 0.050mol/L Na₂S₂O₄溶液在空气中放置，其溶液的pH与时间（t）的关系如图所示：（忽略溶液体积的变化）．

①t₁～t₂段溶液中S元素的化合价为+4．
②t₃时刻后溶液的pH为1．
Ⅱ．由工业制硫酸反应之一：2SO₂（g）+O₂（g）$?_{加热}^{催化剂}$2SO₃（g），推测此反应的△S（填“＞”或“＜”）＜0，△H（填“＞”或“＜”）＜0．
（l）若在绝热恒容密闭容器中，通入一定量的SO₂和O₂，一定条件下反应，请在如下坐标中画出从开始经一段时间正反应速率[v_（正）]随时间（t）的变化曲线图：

（2）若在相同条件下，分别投2molSO₂（g）和1molO₂（g） 于如下三容器中：

	绝热恒容（2L ） 密闭容器A	恒温（T℃）恒容（2L） 密闭容器B	恒温（T℃）恒压 密闭容器C
平衡常数K	KA	KB	KC
SO2的平衡转化率	αA	αB	αC

则三容器中反应分别平衡时K的大小关系是K_A＜K_B=K_C；SO₂的平衡转化率的大小关系是α_A＜α_B＜α_C．

Answer 1

分析 I．由流程可知，反应中发生HCOO^-+OH^-+2SO₂=S₂O₄^2-+CO₂+H₂O，乙醇可降低Na₂S₂O₄的溶解度，冷却结晶、过滤分离出Na₂S₂O₄.2H₂O，洗涤、干燥后，加碳酸钠提高其稳定性；Na₂S₂O₄溶液在空气中放置，可发生2Na₂S₂O₄+O₂+H₂O=4NaHSO₃ 或 2Na₂S₂O₄+O₂+H₂O=4NaHSO₃+NaHSO₄；
II.2SO₂（g）+O₂（g）$?_{加热}^{催化剂}$2SO₃（g）为气体体积减小的反应，且为放热反应；
（1）绝热恒容密闭容器中，通入一定量的SO₂和O₂，温度升高，正反应速率增大；然后平衡逆向移动，直到达到新平衡；
（2）B、C温度相同、K相同，A中反应放热使温度升高，平衡逆向移动；恒压时气体的体积减小，相等于加压，平衡正向移动的程度大，以此来解答．

解答 解：I．（1）Na₂S₂O₄中的硫+3价，S元素的化合价由+4降为+3价，由电子得失守恒可知，HCOONa中的碳的化合价必然升高，由+2价变成+4价，生成二氧化碳，由电子、原子守恒可知反应为2HCOONa+4SO₂+Na₂CO₃═2Na₂S₂O₄+H₂O+3CO₂，其离子反应为HCOO^-+OH^-+2SO₂=S₂O₄^2-+CO₂+H₂O，
故答案为：HCOO^-+OH^-+2SO₂=S₂O₄^2-+CO₂+H₂O；
（2）由信息可知在碱性介质中稳定，则在包装保存“保险粉”时加入少量的Na₂CO₃固体，目的是Na₂CO₃为碱性物质，提高“保险粉”的稳定性，
故答案为：Na₂CO₃为碱性物质，提高“保险粉”的稳定性；
（3）Na₂S₂O₄溶液在空气中易被氧化生成亚硫酸氢钠，则0～t₁段发生离子反应方程式为2S₂O₄^2-+O₂+2H₂O=4HSO₃^-，t₁～t₂段溶液中NaHSO₃电离显酸性，则t₁～t₂段溶液中S元素的化合价为+4价，t₃时S₂O₄^2-被氧化生成SO₄^2-，溶液的溶质为NaHSO₄，由S原子守恒可知，其浓度为0.05mol/L×2=0.1mol/L，溶液的pH=1，
故答案为：+4；1；
II．2SO₂（g）+O₂（g）$?_{加热}^{催化剂}$2SO₃（g）为气体体积减小的反应，且为放热反应，则此反应的△S＜0，△H＜0，
故答案为：＜；＜；
（1）绝热恒容密闭容器中，通入一定量的SO₂和O₂，温度升高，正反应速率增大；然后平衡逆向移动，直到达到新平衡，则从开始经一段时间正反应速率[v_（正）]随时间（t）的变化曲线图为，故答案为：；
（2）B、C温度相同、K相同，A中反应放热使温度升高，平衡逆向移动，则三容器中反应分别平衡时K的大小关系为K_A＜K_B=K_C；恒压时气体的体积减小，相等于加压，平衡正向移动的程度大，则B、C比较可知α_B＜α_C，A、B的温度不同，A中升高温度平衡逆向移动，则转化率α_A＜α_B，则SO₂的平衡转化率的大小关系是α_A＜α_B＜α_C，故答案为：K_A＜K_B=K_C；α_A＜α_B＜α_C．

点评 本题考查物质的制备实验及化学平衡，为高频考点，把握制备流程中的反应、化学平衡移动及K和转化率的判断为解答的关键，侧重分析与应用能力的考查，综合性较强，Na₂S₂O₄的氧化反应为解答的难点，题目难度不大．