Question

18．煤燃燒排放的煙氣中（主要含SO₂、CO₂）的SO₂形成酸雨、污染大氣，對(duì)煙氣進(jìn)行脫硫，回答下列問題：

（1）采用Ca（ClO）₂煙氣脫硫可得到較好的效果．已知下列反應(yīng)：
SO₂（g）+2OH^- （aq）═SO₃^2- （aq）+H₂O（l）△H₁
ClO^- （aq）+SO₃^2- （aq）═SO₄^2- （aq）+Cl^- （aq）△H₂
CaSO₄（s）═Ca²⁺（aq）+SO₄^2-（aq）△H₃
則反應(yīng)SO₂（g）+Ca²⁺（aq）+ClO^- （aq）+2OH^- （aq）═CaSO₄（s）+H₂O（l）+Cl^- （aq）的△H=△H₁+△H₂-△H₃．
（2）采用氨水煙氣脫硫，最終可得到氮肥．將相同物質(zhì)的量的SO₂與NH₃溶于水所得溶液中c（H⁺）-c（OH^-）=BD （填字母編號(hào)）．
A．c（SO₃^2-）-c（H₂SO₃）              B．c（SO₃^2-）+c（NH₃•H₂O）-c（H₂SO₃）
C．c（HSO₃^-）+c（SO₃^2-）-c（NH₄⁺）     D．c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）-c（NH₄⁺）
（3）煙氣在較高溫度經(jīng)如圖1方法脫除SO₂，并制得H₂SO₄．
①在陰極放電的物質(zhì)是O₂．
②在陽極生成SO₃的電極反應(yīng)式是2SO₄^2--4e^-=2SO₃↑+O₂↑．
③已知室溫下，K_sp（BaSO₄）=1.1×10^-10．將脫除SO₂后制得的H₂SO₄配成pH=4 的H₂SO₄溶液，與pH=9的 Ba（OH）₂ 溶液混合，若所得混合溶液的 pH=7，則 Ba（OH）₂ 溶液與 H₂SO₄ 溶液的體積比為10：1．欲使溶液中c（SO₄^2-）=2.0×10^-4mol•L^-1，則應(yīng)保持溶液中 c（Ba²⁺）=5.5×10^-7mol•L^-1．
（4）一定條件下，用Fe₂O₃、NiO或Cr₂O₃作催化劑，利用如下反應(yīng)回收燃煤煙氣中的硫．反應(yīng)為：2CO（g）+SO₂（g）?催化劑2CO₂（g）+S（l）△H=-270KJ•mol^-1其他條件相同、催化劑不同時(shí)，SO₂的轉(zhuǎn)化率隨反應(yīng)溫度的變化如圖2，不考慮催化劑的價(jià)格因素，選擇c為該反應(yīng)的催化劑較為合理（選填序號(hào)）．
a．Cr₂O₃         b．NiO         c．Fe₂O₃
選擇該催化劑的理由是：Fe₂O₃作催化劑時(shí)，在相對(duì)較低溫度可獲得較高的SO₂轉(zhuǎn)化率，從而節(jié)約能源．
某科研小組用選擇的催化劑，在380℃時(shí)，研究了n（CO）：n（SO₂）分別為1：1、3：1時(shí)，SO₂轉(zhuǎn)化率的變化情況（圖3）．則圖3中表示n（CO）：n（SO₂）=3：1的變化曲線為a．

Answer 1

分析 （1）①SO₂（g）+2OH^-（aq）═SO₃^2-（aq）+H₂O（l）△H₁
②ClO^-（aq）+SO₃^2-（aq）═SO₄^2-（aq）+Cl^-（aq）△H₂
③CaSO₄（s）═Ca²⁺（aq）+SO₄^2-（aq）△H₃
則根據(jù)蓋斯定律可知①+②-③即得到反應(yīng)；
（2）相同物質(zhì)的量的SO₂與NH₃溶于水反應(yīng)生成亞硫酸氫銨；結(jié)合溶液中電荷守恒和物料守恒分析判斷選項(xiàng)；
（3）①陰極發(fā)生還原反應(yīng)，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，由示意圖可知，陰極是氧氣獲得電子得到SO₄^2-；
②陽極是熔融硫酸鉀中硫酸根失去電子生成SO₃、O₂；
③水的離子積常數(shù)K_W=10^-14，pH=9的Ba（OH）₂溶液中氫氧根離子濃度為0.00001mol/L，pH=4的H₂SO₄溶液中氫離子濃度為0.0001mol/L，若所得混合液為中性，酸堿恰好完全反應(yīng)，氫離子的物質(zhì)的量等于氫氧根離子的物質(zhì)的量，據(jù)此列式計(jì)算出Ba（OH）₂ 溶液與 H₂SO₄ 溶液的體積比的值；依據(jù)Q=c（Ba²⁺）•c（SO₄^2-）計(jì)算溶液中c（SO₄^2-）≤1.0×10^-5mol•L^-1，則應(yīng)保持溶液中 c（Ba²⁺）的值；
（4）Fe₂O₃作催化劑時(shí)，在相對(duì)較低溫度可獲得較高的SO₂轉(zhuǎn)化率，從而節(jié)約能源；
n（CO）：n（SO₂）越大，二氧化硫的轉(zhuǎn)化率越大；

解答 解：（1）已知①SO₂（g）+2OH^-（aq）═SO₃^2-（aq）+H₂O（l）△H₁
②ClO^-（aq）+SO₃^2-（aq）═SO₄^2-（aq）+Cl^-（aq）△H₂
③CaSO₄（s）═Ca²⁺（aq）+SO₄^2-（aq）△H₃
則根據(jù)蓋斯定律可知①+②-③即得到反應(yīng)SO₂（g）+Ca²⁺（aq）+ClO^-（aq）+2OH^-（aq）═CaSO₄（s）+H₂O（l）+Cl^-（aq）△H=△H₁+△H₂-△H₃，
故答案為：△H₁+△H₂-△H₃；
（2）相同物質(zhì)的量的SO₂與NH₃溶于水發(fā)生反應(yīng)生成碳酸氫銨，反應(yīng)的離子方程式為SO₂+NH₃+H₂O═NH₄⁺+HSO₃^-，溶液中存在電荷守恒：c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）+c（OH^-）=c（H⁺）+c（NH₄⁺），c（H⁺）-c（OH^-）=c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）-c（NH₄⁺），D正確，C錯(cuò)誤；溶液中存在物料守恒：c（NH₄⁺）+c（NH₃•H₂O）=c（HSO₃^-）+c（SO₃^2-）+c（H₂SO₃），結(jié)合電荷守恒和物料守恒可知c（H⁺）-c（OH^-）=c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）-c（NH₄⁺）=c（SO₃^2-）+c（NH₃．H₂O）-c（H₂SO₃），所以A錯(cuò)誤，B正確，
故答案為：BD；
（3）陰極發(fā)生還原反應(yīng)，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，由示意圖可知，陰極是氧氣獲得電子得到SO₄^2-，陽極是熔融硫酸鉀中硫酸根失去電子生成SO₃、O₂．
①氧氣在陰極獲得電子，故答案為：O₂；
②陽極電極反應(yīng)方程式為：2SO₄^2--4e^-=2SO₃↑+O₂↑，故答案為：2SO₄^2--4e^-=2SO₃↑+O₂↑；
③室溫下，水的離子積常數(shù)K_W=10^-14，pH=9的Ba（OH）₂溶液中氫氧根離子濃度為0.00001mol/L，pH=4的H₂SO₄溶液中氫離子濃度為0.0001mol/L，若所得混合液為中性，酸堿恰好完全反應(yīng)，則有：n（H⁺）=n（OH^-），設(shè)Ba（OH）₂ 溶液與 H₂SO₄ 溶液的體積分別為aL、bL，即：0.00001mol/L×aL=0.0001mol/L×bL，a：b=10：1，Ba²⁺（aq）+SO₄^2-（aq）?BaSO₄（s），室溫下，K_sp（BaSO₄）=1.1×10^-10，欲使溶液中c（SO₄^2-）=2.0×10^-4mol•L^-1，Q=c（Ba²⁺）•c（SO₄^2-）則應(yīng)保持溶液中 c（Ba²⁺）≥$\frac{Ksp（BaS{O}_{4}）}{2.0×1{0}^{-4}}$=$\frac{1.1×1{0}^{-10}}{2.0×1{0}^{-4}}$=5.5×10^-7mol•L^-1，
故答案為：10：1；  5.5×10^-7；
（4）Fe₂O₃作催化劑時(shí)，在相對(duì)較低溫度可獲得較高的SO₂轉(zhuǎn)化率，從而節(jié)約能源，故選Fe₂O₃作催化劑，n（CO）：n（SO₂）越大，二氧化硫的轉(zhuǎn)化率越大，故曲線a表示n（CO）：n（SO₂）=3：1的變化曲線，
故答案為：c；Fe₂O₃作催化劑時(shí)，在相對(duì)較低溫度可獲得較高的SO₂轉(zhuǎn)化率，從而節(jié)約能源；a；

點(diǎn)評(píng) 本題考查PH的簡(jiǎn)單計(jì)算、沉淀溶解平衡計(jì)算、鹽類水解、原電池等，綜合考查學(xué)生化學(xué)知識(shí)的應(yīng)用能力和分析問題的能力，為高考常見題型，注意把握鹽類水解和弱電解質(zhì)的電離特點(diǎn)．注意若離子積Q大于＞Ksp（BaSO₄），則析出沉淀，反之，則無，題目難度中等．