Question

9．烟气中含有SO2等大量有害的物质，烟气除硫的方法有多种，其中石灰石法烟气除硫工艺的主要反应如下：
Ⅰ．CaCO₃（s）?CO₂（g）+CaO（s）△H=+178.2kJ/mol
Ⅱ．SO₂（g）+CaO（s）?CaSO₃（s）△H=-402kJ/mol
Ⅲ.2CaSO₃（s）+O₂（g）+4H₂O（l）?2[CaSO₄•2H₂O]（s）△H=-234.2kJ/mol
（1）试写出由石灰石、二氧化硫、氧气和水反应生成生石膏的热化学方程式2CaCO₃（s）+O₂（g）+2SO₂（g）+4H₂O（l）?2[CaSO₄.2H₂O]（s）+2CO₂（g）△H=-681.8kJ/mol．

甲乙两同学分别对含+4价硫元素的物质性质进行了探究．
（2）甲用右图装置进行实验（气密性已检验，加热和夹持装置已略去）．实验进行一段时间后，C、D中都出现明显的白色沉淀，经检验均为BaSO₄．
①A中反应的化学方程式是Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O．
②为探究SO₂在D中所发生的反应，甲进一步实验发现，出现白色沉淀的过程中，D溶液中NO₃^-浓度几乎不变．甲据此得出结论：D中出现白色沉淀的主要原因是酸性条件下，含+4价硫元素物质（SO₂或H₂SO₃）被O₂氧化生成SO₄^2-．
（3）乙用如下实验对含+4价硫元素的物质性质继续进行探究．

序号	实验操作	实验现象
1	取0.3g 纯净Na2SO3固体，向其中加入10mL2mol•L-1盐酸，再滴入4滴BaCl2溶液	产生无色气泡；滴入BaCl2溶液后，开始无现象，4min后，溶液变浑浊
2	取0.3g 纯净Na2SO3固体，向其中加入10mL 2mol•L-1 HNO3，再滴入4滴BaCl2溶液	产生无色气泡；滴入BaCl2溶液后，开始无现象，2h后，溶液变浑浊
3	取0.3g 纯净Na2SO3固体，向其中加入10mL 浓HNO3，再滴入4滴BaCl2溶液	产生红棕色气体；滴入BaCl2溶液后，溶液立即产生大量白色沉淀

①用化学方程式解释实验1中产生现象的原因：2H⁺+SO₃^2-═SO₂+H₂O，2SO₂+O₂+2Ba²⁺+2H₂O═2BaSO₄↓+4H⁺或2H₂SO₃+O₂+2Ba²⁺═2BaSO₄↓+4H⁺．
②由实验1、2、3对比，可以得到推论含+4价硫元素物质可被O₂和浓HNO₃氧化．
③乙通过查阅资料发现，Na⁺对实验1和2中出现浑浊的时间无影响，于是进一步探究Cl^-和NO₃^-对其的影响：

序号	实验操作	实验现象
4	取固体混合物，向其中加入10mL2mol•L-1 HNO3，再滴入4滴BaCl2溶液	产生无色气泡；滴入BaCl2溶液后，开始无现象，20min后，溶液变浑浊

i．实验2和4对比，乙获得推论：Cl^-的存在可以加快溶液中+4价硫元素的氧化；
ii．实验1和4对比，乙获得推论：硝酸根离子减慢+4价硫的化合物的氧化；．
（4）已知，25℃时，BaSO₄的K_sp为1×10^-10，硫酸钡的溶解度约是2.33×10^-4g．

Answer 1

分析 （1）石灰石、二氧化硫、氧气和水反应生成生石膏的反应为2CaCO₃（s）+O₂（g）+2SO₂（g）+4H₂O（l）?2[CaSO₄.2H₂O]（s）+2CO₂（g），
Ⅰ．CaCO₃（s）?CO₂（g）+CaO（s）△H=+178.2kJ/mol
Ⅱ．SO₂（g）+CaO（s）?CaSO₃（s）△H=-402kJ/mol
Ⅲ.2CaSO₃（s）+O₂（g）+4H₂O（l）?2[CaSO₄•2H₂O]（s）△H=-234.2kJ/mol
根据盖斯定律，该反应等于Ⅰ×2+Ⅱ×2+Ⅲ，计算△H；
（2）①铜和浓硫酸加热发生反应生成硫酸铜、二氧化硫和水；
②出现白色沉淀的过程中，D溶液中NO₃^-浓度几乎不变说明酸性溶液中二氧化硫会被氧气氧化生成硫酸，结合钡离子生成硫酸钡沉淀；
（3）①取0.3g 纯净Na₂SO₃固体，向其中加入10mL 2mol•L^-1 盐酸，再滴入4滴BaCl₂溶液，产生无色气泡为二氧化硫气体，滴入BaCl₂溶液后，开始无现象，4min后，溶液变浑浊，说明二氧化硫被空气中氧气氧化生成硫酸，结合钡离子生成硫酸钡白色沉淀；
②由实验1、2、3对比可知氧气、浓硝酸都可以氧化二氧化硫；
③探究Cl^-和NO₃^-对其的影响，
i．实验2和4对比，乙获得推论：Cl^-的存在可以加快溶液中+4价硫元素的氧化；
ii．实验1和4对比，不同的是盐酸和硝酸，氯离子相同，出现沉淀的时间是盐酸溶液中快，乙获得推论是硝酸根离子减慢+4价硫的化合物的氧化；
（4）根据BaSO₄溶液中存在的沉淀溶解平衡BaSO₄（s）?Ba²⁺（aq）+SO₄^2-（aq）可知，Ksp（BaSO₄）=c（Ba²⁺）•（SO₄^2-），且c（Ba²⁺）=（SO₄^2-），据此可计算出溶液中溶解的硫酸钡的物质的量浓度，再根据S=$\frac{溶质的质量}{溶剂质量}$×100g计算．

解答 解：（1）石灰石、二氧化硫、氧气和水反应生成生石膏的反应为2CaCO₃（s）+O₂（g）+2SO₂（g）+4H₂O（l）?2[CaSO₄.2H₂O]（s）+2CO₂（g），
Ⅰ．CaCO₃（s）?CO₂（g）+CaO（s）△H=+178.2kJ/mol
Ⅱ．SO₂（g）+CaO（s）?CaSO₃（s）△H=-402kJ/mol
Ⅲ.2CaSO₃（s）+O₂（g）+4H₂O（l）?2[CaSO₄•2H₂O]（s）△H=-234.2kJ/mol
根据盖斯定律，该反应等于Ⅰ×2+Ⅱ×2+Ⅲ，计算△H=+178.2×2+（-402）×2+（-234.2）=-681.8kJ/mol，
故答案为：2CaCO₃（s）+O₂（g）+2SO₂（g）+4H₂O（l）?2[CaSO₄.2H₂O]（s）+2CO₂（g）△H=-681.8kJ/mol；
（2）①铜和浓硫酸加热发生反应生成硫酸铜、二氧化硫和水，反应的化学方程式为：Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O，
故答案为：Cu+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O；
②为探究SO₂在D中所发生的反应，甲进一步实验发现，出现白色沉淀的过程中，D溶液中NO₃^-浓度几乎不变．甲据此得出结论：D中出现白色沉淀的主要原因是酸性溶液中二氧化硫会被氧气氧化生成硫酸，结合钡离子，也能生成硫酸钡沉淀，
故答案为：酸性条件下，含+4价硫元素物质（SO₂或H₂SO₃）被O₂氧化生成SO₄^2-；
（3）①取0.3g 纯净Na₂SO₃固体，向其中加入10mL 2mol•L^-1 盐酸，再滴入4滴BaCl₂溶液，产生无色气泡为二氧化硫气体，滴入BaCl₂溶液后，开始无现象，4min后，溶液变浑浊，说明二氧化硫被空气中氧气氧化生成硫酸，结合钡离子生成硫酸钡白色沉淀，反应的离子方程式为：2H⁺+SO₃^2-═SO₂+H₂O，2SO₂+O₂+2Ba²⁺+2H₂O═2BaSO₄↓+4H⁺或2H₂SO₃+O₂+2Ba²⁺═2BaSO₄↓+4H⁺，
故答案为：2H⁺+SO₃^2-═SO₂+H₂O，2SO₂+O₂+2Ba²⁺+2H₂O═2BaSO₄↓+4H⁺或2H₂SO₃+O₂+2Ba²⁺═2BaSO₄↓+4H⁺；
②由实验1说明空气中氧气也可以氧化+4价硫元素的化合物，实验2说明硝酸溶液中硝酸根离子对氧化反应起到减慢作用，出现沉淀时间长，实验3是浓硝酸能氧化+4价硫元素化合物生成硫酸根离子，出现沉淀快，对比可知氧气、浓硝酸都可以氧化二氧化硫，
故答案为：含+4价硫元素物质可被O₂和浓HNO₃氧化；
③探究Cl^-和NO₃^-对其的影响，
i．实验2和4对比，乙获得推论：Cl^-的存在可以加快溶液中+4价硫元素的氧化，
故答案为：Cl^-的存在可以加快溶液中+4价硫元素的氧化；
ii．实验1和4对比，不同的是盐酸和硝酸，氯离子相同，出现沉淀的时间是盐酸溶液中快，乙获得推论是硝酸根离子减慢+4价硫的化合物的氧化，实验1和4对比，乙获得推论是：NO₃^-的存在可以减慢溶液中+4价硫元素的氧化，
故答案为：NO₃^-的存在可以减慢溶液中+4价硫元素的氧化；
（4）根据BaSO₄溶液中存在的沉淀溶解平衡BaSO₄（s）?Ba²⁺（aq）+SO₄^2-（aq）可知，Ksp（BaSO₄）=c（Ba²⁺）•（SO₄^2-），且c（Ba²⁺）=（SO₄^2-），所以溶液中c（BaSO₄）=（SO₄^2-）=$\sqrt{Ksp（BaS{O}_{4}）}$=1.0×10^-5mol•L^-1，设溶液的体积为1L，则溶液中水的质量约为1000g，所含有硫酸钡的物质的量为1.0×10^-5mol，所以硫酸钡的溶解度=$\frac{1.0×1{0}^{-5}mol×233g/mol}{1000g}$×100g=2.33×10^-4g，
故答案为：2.33×10^-4g．

点评 本题考查了物质性质的实验探究、实验方案的分析和设计、主要是反应现象的不同原因分析判断，实验对比分析是探究实验的常用方法，注意信息提取和现象的理解应用，题目难度较大．