Question

3．SO₂是一種與生產(chǎn)、環(huán)保等密切相關(guān)的氣體．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）酸雨的危害極大，減少二氧化硫等污染物的排放對(duì)保護(hù)環(huán)境是非常重要的．某化學(xué)興趣小組取剛降到地面的酸雨水樣，每隔一段時(shí)間測(cè)定其pH，數(shù)據(jù)如表：

測(cè)定時(shí)間/min	0	3	6	10	15
pH	4.73	4.62	4.56	4.55	4.55

酸雨pH變化的原因是2H₂SO₃+O₂═4H⁺+2SO₄^2-（用離子方程式表示）．
（2）一定條件下，2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）在容積可變的恒壓密閉容器中達(dá)平衡后，在t₁時(shí)刻改變條件，化學(xué)反應(yīng)速率隨時(shí)間變化關(guān)系如圖．t₁時(shí)刻改變的條件是通入適量SO₃．
（3）對(duì)于2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196kJ•mol^-1．若在相同條件下，向同溫同容積的甲、乙、丙三個(gè)密閉容器中分別充入氣體：甲充入2mol SO₂（g）和1mol O₂（g）；乙充入2mol SO₃（g）；丙充入4mol SO₂（g）和2mol O₂（g），上述反應(yīng)達(dá)平衡后．
①甲和丙中SO₂轉(zhuǎn)化率的大小關(guān)系為甲＜丙（填“＞”、“=”或“＜”）．
②甲容器反應(yīng)放出的熱量為x kJ，乙容器反應(yīng)吸收的熱量為y kJ，則x和y應(yīng)滿足的關(guān)系式為x+y=196．
（4）以（NH₄）₂SO₄稀溶液為電解質(zhì)溶液，用Pt作電極的電解裝置可將霧霾中的NO和SO₂轉(zhuǎn)化為（NH₄）₂SO₄和A．則A的化學(xué)式為H₂SO₄．
（5）常溫下，測(cè)得CaSO₃懸濁液的pH=9，已知K_a1（H₂SO₃）=1.3×10^-2mol•L^-1，K_a2（H₂SO₃）=6.3×10^-8mol•L^-1，忽略第二步水解，則CaSO₃的第一步水解常數(shù)K_h約為1.6×10^-7mol/L，K_sp（CaSO₃）約為4.0×10^-7mol²/L²．

Answer 1

分析 （1）SO₂溶于水生成亞硫酸，亞硫酸時(shí)弱酸不完全電離，根據(jù)數(shù)據(jù)，隨著測(cè)定時(shí)間的增強(qiáng)，溶液酸性增強(qiáng)，可推知亞硫酸被空氣中的氧氣氧化成了硫酸，硫酸是強(qiáng)電解質(zhì)，使溶液酸性增強(qiáng)，據(jù)此寫(xiě)出離子方程式；
（2）一定條件下，2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）在容積可變的恒壓密閉容器中達(dá)平衡后，在t₁時(shí)刻改變條件，改變化學(xué)平衡，根據(jù)圖象可知，此時(shí)v（逆）＞v（正），因此化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，據(jù)此分析改變的條件；
（3）反應(yīng)2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）為氣體數(shù)減小的反應(yīng)，加壓有利于平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，相同條件下，向同溫同容積的甲、乙、丙三個(gè)密閉容器中分別充入氣體：甲充入2mol SO₂（g）和1mol O₂（g）；乙充入2mol SO₃（g）；丙充入4mol SO₂（g）和2mol O₂（g），
①對(duì)比甲和丙，丙相當(dāng)于對(duì)甲加壓為原來(lái)的2倍，若平衡不發(fā)生移動(dòng)，二者轉(zhuǎn)化率相同，但加壓有利于平衡正向移動(dòng)，據(jù)此分析；
②對(duì)比甲和乙，甲和乙是等效平衡的，一個(gè)從正反應(yīng)出發(fā)到達(dá)平衡，一個(gè)從逆反應(yīng)出發(fā)到達(dá)平衡點(diǎn)，平衡點(diǎn)是不變，則二者放出的熱量和相當(dāng)于反應(yīng)完全轉(zhuǎn)化的熱量；
（4）以（NH₄）₂SO₄稀溶液為電解質(zhì)溶液，用Pt作電極的電解裝置可將霧霾中的NO和SO₂轉(zhuǎn)化為（NH₄）₂SO₄和A，分析電解過(guò)程，電解過(guò)程水也參與電解反應(yīng)，溶液為酸性介質(zhì)，則電解水溶液中生成H⁺，據(jù)此分析A應(yīng)為硫酸；
（5）CaSO₃的第一步水解反應(yīng)為：SO₃^2-+H₂O?HSO₃^-+OH^-，則第一步水解常數(shù)K_h=$\frac{c（HS{O}_{3}^{-}）c（OH-）}{c（S{O}_{3}^{2-}）}$，結(jié)合H₂SO₃的電離平衡常數(shù)表達(dá)式分析，CaSO₃的溶度積常數(shù)表達(dá)式為K_sp（CaSO₃）=c（Ca²⁺）c（SO₃^2-），據(jù)此計(jì)算．

解答 解：（1）SO₂溶于水生成亞硫酸，亞硫酸時(shí)弱酸不完全電離，根據(jù)數(shù)據(jù)，隨著測(cè)定時(shí)間的增強(qiáng)，溶液酸性增強(qiáng)，可推知亞硫酸被空氣中的氧氣氧化成了硫酸，硫酸是強(qiáng)電解質(zhì)，使溶液酸性增強(qiáng)，反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)，則反應(yīng)的離子方程式為：2H₂SO₃+O₂═4H⁺+2SO₄^2-，
故答案為：2H₂SO₃+O₂═4H⁺+2SO₄^2-；
（2）一定條件下，2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）在容積可變的恒壓密閉容器中達(dá)平衡后，在t₁時(shí)刻改變條件，改變化學(xué)平衡，注意裝置為恒溫恒壓裝置，容積可變，圖象向v（逆）高于原平衡的速率，v（正）低于原平衡的速率，可推測(cè)改變的條件時(shí)通入適量的SO₃，導(dǎo)致容積增大，對(duì)反應(yīng)物而言濃度減小，正反應(yīng)速率減小，生成物濃度增大，速率增加，則改變的條件為通入適量SO₃，
故答案為：通入適量SO₃；
（3）反應(yīng)2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）為氣體數(shù)減小的反應(yīng)，加壓有利于平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，相同條件下，向同溫同容積的甲、乙、丙三個(gè)密閉容器中分別充入氣體：甲充入2mol SO₂（g）和1mol O₂（g）；乙充入2mol SO₃（g）；丙充入4mol SO₂（g）和2mol O₂（g），
①對(duì)比甲和丙，丙相當(dāng)于對(duì)甲加壓為原來(lái)的2倍，若平衡不發(fā)生移動(dòng)，二者轉(zhuǎn)化率相同，但加壓有利于平衡正向移動(dòng)，因此相對(duì)于甲而言，丙中SO₂氣體是多反應(yīng)了，因此轉(zhuǎn)化率更高，
故答案為：＜；
②對(duì)比甲和乙，甲和乙是等效平衡的，一個(gè)從正反應(yīng)出發(fā)到達(dá)平衡，一個(gè)從逆反應(yīng)出發(fā)到達(dá)平衡點(diǎn)，平衡點(diǎn)是不變，則二者放出的熱量和相當(dāng)于反應(yīng)完全轉(zhuǎn)化的熱量，甲容器反應(yīng)放出的熱量為x kJ，乙容器反應(yīng)吸收的熱量為y kJ，則x和y應(yīng)滿足的關(guān)系式為x+y=196；
故答案為：x+y=196；
（4）以（NH₄）₂SO₄稀溶液為電解質(zhì)溶液，用Pt作電極的電解裝置可將霧霾中的NO和SO₂轉(zhuǎn)化為（NH₄）₂SO₄和A，分析電解過(guò)程，電解過(guò)程水也參與電解反應(yīng)，溶液為酸性介質(zhì)，則電解水溶液中生成H⁺，據(jù)此分析A應(yīng)為硫酸，其化學(xué)式為：H₂SO₄，
故答案為：H₂SO₄；
（5）CaSO₃的第一步水解反應(yīng)為：SO₃^2-+H₂O?HSO₃^-+OH^-，則第一步水解常數(shù)K_h=$\frac{c（HS{O}_{3}^{-}）c（OH-）}{c（S{O}_{3}^{2-}）}$=$\frac{{K}_{w}}{{K}_{a2}（{H}_{2}S{O}_{3}）}$=1.6×10^-7mol/L，
常溫下，測(cè)得CaSO₃懸濁液的pH=9，是由于沉淀溶解生成了SO₃^2-，然后水解導(dǎo)致溶液顯堿性，溶液中c（OH^-）=10^-5mol/L，則c（HSO₃^-）=c（OH^-）=10^-5mol/L，所以c（SO₃^2-）=$\frac{c（HS{O}_{3}^{-}）c（O{H}^{-}）}{{K}_{h}}$=6.25×10^-4mol/L，根據(jù)物料守恒，c（Ca²⁺）=c（HSO₃^-）+c（SO₃^2-）=6.35×10^-4mol/L，因此K_sp（CaSO₃）=c（Ca²⁺）c（SO₃^2-）=4×10^-7mol²/L²，
故答案為：1.6×10^-7mol/L；4.0×10^-7mol²/L²．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考察化學(xué)原理部分，包含氧化還原方程式的書(shū)寫(xiě)與配平，化學(xué)平衡的移動(dòng)，等效平衡的應(yīng)用，弱電解質(zhì)的電離平衡，平衡常數(shù)的計(jì)算，注意（5）中物料守衡的應(yīng)用，是易錯(cuò)題．本題難度中等．