Question

4．硫單質(zhì)和化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著重要的應用，而SO₂直接排放會對環(huán)境造成危害．
Ⅰ．已知：重晶石（BaSO₄）高溫煅燒可發(fā)生一系列反應，其中部分反應如下：
BaSO₄（s）+4C（s）═BaS（s）+4CO（g）△H=+571.2kJ•mol^-1
BaS（s）═Ba（s）+S（s）△H=+460kJ•mol^-1
已知：2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H=-221kJ•mol^-1
則：Ba（s）+S（s）+2O₂（g）═BaSO₄（s）△H=-1473.2kJ•mol^-1．
Ⅱ．SO₂的尾氣處理通常有以下幾種方法：
（1）活性炭還原法
反應原理：恒溫恒容時2C（s）+2SO₂（g）═S₂（g）+2CO₂（g）．
反應進行到不同時間測得各物質(zhì)的濃度如圖1：
①0～20min反應速率表示為v（SO₂）=0.03mol/（L•min）；
②30min時，改變某一條件平衡發(fā)生移動，則改變的條件最有可能是減少CO₂的濃度；
③40min時，平衡常數(shù)K=0.675．
（2）亞硫酸鈉吸收法
①Na₂SO₃溶液吸收SO₂的離子方程式為SO₃^2-+SO₂+H₂O=2HSO₃^-；
②常溫下，當吸收至NaHSO₃時，吸收液中相關離子濃度關系一定正確的是abc（填序號）．
a．c（Na⁺）+c（H⁺）＞c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（OH^-）
b．c（Na⁺）=c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（H₂SO₃）
c．c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）
d．水電離出c（H⁺）=1×10^-8 mol/L
（3）電化學處理法
①如圖所示，Pt（Ⅰ）電極的反應式為SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺；
②當電路中轉(zhuǎn)移0.02mol e^-時（較濃H₂SO₄尚未排出），交換膜左側(cè)溶液中約增加0.03mol離子．

Answer 1

分析 Ⅰ．已知①BaSO₄（s）+4C（s）=BaS（s）+4CO（g）△H=+571.2kJ?mol^-1
②BaS（s）=Ba（s）+S（s）△H=+460kJ?mol^-1
③2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221kJ?mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律：③×2-①-②得方程式Ba（s）+S（s）+2O₂（g）=BaSO₄（s）據(jù)此計算；
Ⅱ．（1）①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（SO₂）；
②30min時瞬間，二氧化碳濃度降低，S₂的濃度不變，而后二氧化碳、S₂的濃度均增大，應是減少CO₂的濃度；
③平衡常數(shù)K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應物平衡濃度冪次方乘積}$計算，注意固體和純液體不寫入表達式；
（2）①Na₂SO₃溶液與SO₂反應生成亞硫酸氫鈉；
②a．根據(jù)電荷守恒判斷；
b．根據(jù)物料守恒判斷；
c．NaHSO₃溶液中HSO₃^-的電離程度大于其水解程度；
d．水電離出氫離子濃度等于溶液中氫氧根離子濃度，由于NaHSO₃溶液的pH未知，不能計算水電離出氫離子濃度；
（3）①由圖可知，Pt_（1）電極上二氧化硫被氧化生成硫酸；
②左側(cè)電極反應式為：SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計算生成硫酸根、氫離子的物質(zhì)的量，為保持溶液電中性，多余的氫離子通過陽離子交換膜移至右側(cè)，左側(cè)溶液中增加離子為生成硫酸電離的離子總量．

解答 解：Ⅰ．已知①BaSO₄（s）+4C（s）=BaS（s）+4CO（g）△H=+571.2kJ?mol^-1
②BaS（s）=Ba（s）+S（s）△H=+460kJ?mol^-1
③2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221kJ?mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律：③×2-①-②得方程式Ba（s）+S（s）+2O₂（g）=BaSO₄（s）△H=（-221）×2-（+460）-（+571.2）=-1473.2KJ•mol^-1，
故答案為：-1473.2KJ•mol^-1；
Ⅱ．（1）①由圖可知，0-20min內(nèi)二氧化硫濃度變化量為1mol/L-0.4mol/L=0.6mol/L，故v（SO₂）=$\frac{0.6mol•{L}^{-1}}{20min}$=0.03mol/（L•min），
故答案為：0.03mol/（L•min）；
②30min時瞬間，二氧化碳濃度降低，S₂的濃度不變，而后二氧化碳、S₂的濃度均增大，應是減少CO₂的濃度，
故答案為：減少CO₂的濃度；
③恒溫恒容時2C（s）+2SO₂（g）?S₂（g）+2CO₂（g），平衡常數(shù)K=$\frac{c（{S}_{2}）{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）}$=$\frac{0.3×0．{6}^{2}}{0．{4}^{2}}$=0.675，
故答案為：0.675；
（2）①Na₂SO₃溶液與SO₂反應生成亞硫酸氫鈉，反應離子方程式為：SO₃^2-+SO₂+H₂O=2HSO₃^-，
故答案為：SO₃^2-+SO₂+H₂O=2HSO₃^-；
②a．根據(jù)電荷守恒：c（Na⁺）+c（H⁺）=2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（OH^-），故溶液中c（Na⁺）+c（H⁺）＞c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（OH^-），故a正確；
b．溶液中S元素以SO₃^2-、HSO₃^-、H₂SO₃形式存在，Na元素與硫元素物質(zhì)的量之比為1：1，故溶液中c（Na⁺）=c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（H₂SO₄），故b正確；
c．NaHSO₃溶液中HSO₃^-的電離程度大于其水解程度，故溶液中c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-），故c正確；
d．水電離出氫離子濃度等于溶液中氫氧根離子濃度，由于NaHSO₃溶液的pH未知，不能計算水電離出氫離子濃度，故d錯誤，
故答案為：abc；
（3）①由圖可知，Pt_（1）電極上二氧化硫被氧化生成硫酸，電極反應式為：SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺；
②左側(cè)電極反應式為：SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4 H⁺，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，生成硫酸根物質(zhì)的量$\frac{0.02mol}{2}$=0.01mol，生成氫離子為0.04mol，為保持溶液電中性，0.01mol硫酸根需要0.02mol氫離子，多余的氫離子通過陽離子交換膜移至右側(cè)，即有0.02mol氫離子移至右側(cè)，故左側(cè)溶液中增加離子為0.01mol+0.02mol=0.03mol，
故答案為：0.03．

點評 本題屬于拼合型題目，涉及反應熱計算、反應速率計算、化學平衡影響因素、離子濃度比較、電極反應式書寫、電解池有關計算等，需要學生具備扎實的基礎，側(cè)重考查學生對知識的遷移應用，（3）中左側(cè)溶液中增加離子物質(zhì)的量計算為易錯點，學生容易根據(jù)電極反應式計算，忽略部分氫離子移至右側(cè)，題目綜合性強．