Question

16．煤炭是我国的主要能源之一，与之伴生的二氧化硫（SO₂）和酸雨污染问题较为突出．目前我国采用的控制方法是电厂烟气脱硫．烟气脱硫的原理是利用碱性物质吸收并固定酸性的二氧化硫，主要有如下两种方法：
Ⅰ、钠碱循环法脱硫技术．
（1）此法是利用Na₂SO₃溶液可脱除烟气中的SO₂．Na_2SO₃可由NaOH溶液吸收SO₂制得，该反应的离子方程式：2OH^-+SO₂═SO₃^2-+H₂O．
（2）NaOH溶液吸收SO的过程中，pH随n（SO₃^2-）：n（HSO₃^-）变化关系如表：

n（SO32-）：n（HSO3-）	91：9	1：1	9：91
pH	8.2	7.2	6.2

①由表判断，NaHSO₃溶液显酸性，用化学平衡原理解释：溶液中存在HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-，HSO₃^-+H₂O?H₂SO₃+OH^-，显酸性是因其电离大于其水解．
②当溶液呈中性时，离子浓度关系正确的是（选填字母）：bc．
a．c（Na⁺）=c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（H₂SO₃）
b．c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）＞c（H^-）=c（OH^-）
c．c（Na⁺）=2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）
Ⅱ、石灰石脱硫法
此法是以石灰石为原料通过系列反应将硫元素以CaSO₄的形式固定，从而降低SO₂的排放．但是煤炭燃烧过程中产生的CO又会与CaSO4发生化学反应，降低脱硫效率．相关反应的热化学方程式如下：
CaSO₄ （s）+CO （g）?CaO（s）+SO₂ （g）+CO₂ （g）△H=218.4kJ•mol^-1（反应Ⅰ）
CaSO₄（s）+4CO（g）?CaS（s）+4CO₂（g）△H₂=-175.6kJ•mol^-1  （反应Ⅱ）
请回答下列问题：
（1）结合反应Ⅰ、Ⅱ写出CaSO₄（s）与CaS（s） 的热化学反应方程式3CaSO₄ （s）+CaS（s）=4CaO（s）+4SO₂ （g）△H=1049.2kJ•mol^-1．
（2）对于气体参与的反应，表示平衡常数 Kp时用气体组分（B）的平衡压强p（B）代替该气体物质的量浓度c（B），则反应Ⅰ的Kp=$\frac{P（C{O}_{2}）×P（S{O}_{2}）}{P（CO）}$    （用表达式表示）．
（3）假设某温度下，反应Ⅰ的速率（v₁）小于反应Ⅱ的速率（v₂），则下列反应过程能量变化示意图（如图1所示）其中正确的是B．
（4）图2为实验测得不同温度下反应体系中CO初始体积百分数与平衡时固体产物中CaS质量百分数 的关系曲线．则降低该反应体系中产生的SO₂生成量的措施有AB．

A、向该反应体系中投入生石灰          B、在合适的温度区间内控制较低的反应温度
C、降低CO的初始体积百分数           D、提高反应体系的温度．

Answer 1

分析 Ⅰ、（1）二氧化硫与氢氧化钠反应生成亚硫酸钠和水；
（2）①由表格中的数据可知，HSO₃^-越多，酸性越强，则电离生成氢离子；②吸收液呈中性时，溶质为亚硫酸钠和亚硫酸氢钠，电离与水解的程度相等，结合电荷守恒解答；
Ⅱ、（1）根据盖斯定律结合已知方程式进行解答，反应热与化学计量数成正比；
（2）表示平衡常数Kp时用气体组分（B）的平衡压强p（B）代替该气体物质的量的浓度c（B），可根据平衡常数的表达式书写，平衡常数等于气体生成物浓度幂之积除以气体反应物浓度幂之积；
（3）反应Ⅰ为吸热反应，反应Ⅱ为放热反应，结合反应物与生成物总能量大小之间的关系判断；
（4）由反应Ⅰ可知生成二氧化硫的反应为吸热反应，则低温下不利于生成二氧化硫．

解答 解：Ⅰ、（1）二氧化硫与氢氧化钠反应的离子方程式：2OH^-+SO₂═SO₃^2-+H₂O，
故答案为：2OH^-+SO₂═SO₃^2-+H₂O；
（2）①由表格中的数据可知，溶液呈酸性，HSO₃^-越多，酸性越强，是因为溶液中存在：HSO₃?SO₃^2-+H⁺； HSO₃^-+H₂O?H₂SO₃+OH^-电离程度大于水解程度，溶液显酸性，
故答案为：酸；溶液中存在HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-，HSO₃^-+H₂O?H₂SO₃+OH^-，显酸性是因其电离大于其水解；
②吸收液呈中性时，溶质为亚硫酸钠和亚硫酸氢钠，电离与水解的程度相等，
a．由电荷守恒可知，c（H⁺）+c（Na⁺）═2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（OH^-），中性溶液则c（H⁺）═c（OH^-），则c（Na⁺）═2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-），c（SO₃^2-）≠c（H₂SO₃），故a错误；
b．SO₃^2-+H₂O?HSO₃^-+OH^-，HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-，亚硫酸两步水解，则离子浓度为c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）＞c（H⁺）=c（OH^-），故b正确；
c．由电荷守恒可知，c（H⁺）+c（Na⁺）═2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（OH^-），中性溶液则c（H⁺）═c（OH^-），则c（Na⁺）═2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-），故c正确；
故答案为：bc；
Ⅱ、（1）CaSO₄ （s）+CO （g）?CaO（s）+SO₂ （g）+CO₂ （g）△H=218.4kJ•mol^-1（反应Ⅰ）
CaSO₄（s）+4CO（g）?CaS（s）+4CO₂（g）△H₂=-175.6kJ•mol^-1 （反应Ⅱ）根据盖斯定律将反应Ⅰ×4-反应Ⅱ）得：3CaSO₄ （s）+CaS（s）=4CaO（s）+4SO₂ （g）△H=1049.2kJ•mol^-1，
故答案为：3CaSO₄ （s）+CaS（s）=4CaO（s）+4SO₂ （g）△H=1049.2kJ•mol^-1；
（2）由题意可知，平衡常数等于气体生成物二氧化硫、二氧化碳浓度幂之积除以气体反应物一氧化氮浓度幂之积，所以反应Ⅰ的Kp=$\frac{P（C{O}_{2}）×（S{O}_{2}）}{P（CO）}$，
故答案为：$\frac{P（C{O}_{2}）×（S{O}_{2}）}{P（CO）}$；
（3）反应Ⅰ为吸热反应，反应Ⅱ为放热反应，则A、D错误；反应Ⅰ的速率（v₁）小于反应Ⅱ的速率（v₂），则反应Ⅱ的活化能较小，则C错误、B正确，
故答案为：B；
（4）A．向该反应体系中投入生灰石，可使更多的二氧化硫转化为硫酸钙，减少二氧化硫的排放，故A正确；
B．由反应Ⅰ可知生成二氧化硫的反应为吸热反应，则低温下不利于生成二氧化硫，则应在合适的温度区间内控制较低的反应温度，故B正确；
C．由图象可知，降低CO的初始体积百分数，减小CaS的质量分数，增加二氧化硫的排放，故C错误；
D．提高反应体系的温度，不利于二氧化硫的减少，故D错误；
故答案为：AB．

点评 本题考查了水解原理、离子浓度定性比较，盖斯定律计算、化学反应速率、平衡常数概念理解和计算应用，图象分析方法等，题目难度中等，明确反应后溶质组成为解答关键，注意掌握电荷守恒、物料守恒及盐的水解原理在判断离子浓度大小中的应用方法．