Question

8．霧霾天氣中SO₂是造成空氣污染的主要原因；在硫酸工業(yè)生產(chǎn)過程中2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）是關(guān)鍵步驟．該反應的過程在600℃時的平衡常數(shù)K=19，有關(guān)的能量變化，實驗數(shù)據(jù)如圖所示．

壓強/Mpa 轉(zhuǎn)化率/% 溫度/℃	0.1	0.5	1	10
400	99.2	99.6	99.7	99.9
500	93.5	96.9	97.8	99.3
600	73.7	85.8	89.5	96.4

（1）已知1mol SO₂（g）氧化為1mol SO₃（g）時的△H=-99kJ/mol．則圖中△H=198 kJ/mol； E代表的意義是正反應活化能．結(jié)合表中的數(shù)據(jù)解釋該反應是放熱反應的原因：壓強一定時，溫度升高，SO₂轉(zhuǎn)化率下降，說明升溫有利于逆反應進行，所以正反應為放熱反應；若600℃時，在一密閉容器中，將二氧化硫和氧氣混合，當測得容器內(nèi)c（SO₂）=0.3mol/L，c（O₂）=0.1mol/L，c（SO₃）=0.4mol/L，在這種情況下，化學反應速率是v（正）＞ v（逆）（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）硫酸工廠尾氣處理時用NaOH溶液吸收SO₂生成NaHSO₃．已知在0.1mol/L的NaHSO₃溶液中有關(guān)微粒濃度由大到小的順序為c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃）．該溶液中c（H⁺）＞c（OH^-）（填“＞”、“＜”或“=”），簡述理由（用簡單的文字和離子方程式說明）：NaHSO₃溶液中存在反應：HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-、HSO₃^-+H₂O?OH^-+H₂SO₃，由于c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃），所以電離程度大于水解．
（3）有人設(shè)想用電化學原理生產(chǎn)硫酸（裝置見圖2），寫出通入SO₂的電極的電極反應式：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；為穩(wěn)定持續(xù)生產(chǎn)，硫酸溶液的濃度應維持不變，則通入SO₂和水的質(zhì)量比為16：29．

Answer 1

分析 （1）因1mol SO₂（g）氧化為1mol SO₃的△H=-99kJ•mol^-1，所以2molSO₂（g）氧化為2molSO₃的△H=-198kJ•mol^-1；E表示正反應的活化能； 升高溫度平衡向吸熱方向移動，根據(jù)二氧化硫轉(zhuǎn)化率大小判斷反應熱；此時濃度商=$\frac{0．{4}^{2}}{0．{3}^{2}×0.1}$=17.8＞16，據(jù)此判斷平衡移動方向；
（2）溶液中存在c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃），說明HSO₃^-電離程度大于水解程度導致溶液呈酸性；
（3）根據(jù)圖知，通入二氧化硫的電極上二氧化硫隨著生成硫酸根離子，SO₂、O₂和水形成硫酸溶液的濃度為50%，求出SO₂和水的質(zhì)量比．

解答 解：（1）因1mol SO₂（g）氧化為1mol SO₃的△H=-99kJ•mol^-1，所以2molSO₂（g）氧化為2molSO₃的△H=-198kJ•mol^-1，則△H=198kJ/mol，
E表示正反應的活化能；根據(jù)表中數(shù)據(jù)知，壓強一定時，溫度升高，SO₂轉(zhuǎn)化率下降，說明升溫有利于逆反應進行，所以正反應為放熱反應；此時濃度商=$\frac{0．{4}^{2}}{0．{3}^{2}×0.1}$=17.8＞16，平衡正向移動，則v（正）＞v（逆），
故答案為：-198； 正反應的活化能；壓強一定時，溫度升高，SO₂轉(zhuǎn)化率下降，說明升溫有利于逆反應進行，所以正反應為放熱反應；＞；
（2）NaHSO₃溶液中存在反應：HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-、HSO₃^-+H₂O?OH^-+H₂SO₃，由于 c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃），說明HSO₃^-電離程度大于水解程度導致溶液呈酸性，則c（H⁺）＞c（OH^-），
故答案為：＞； NaHSO₃溶液中存在反應：HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-、HSO₃^-+H₂O?OH^-+H₂SO₃，由于 c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃），所以電離程度大于水解；
（3）根據(jù)圖知，通入二氧化硫的電極上二氧化硫隨著生成硫酸根離子，負極反應式為SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；
設(shè)：SO₂和水的質(zhì)量分別為a、b
SO₂ +H₂O?H₂SO₃
64   18   82
a   $\frac{18a}{64}$  $\frac{82a}{64}$
2H₂SO₃ +O₂═2H₂SO₄
 164             196
 $\frac{82a}{64}$            $\frac{98a}{64}$
則：硫酸溶液的質(zhì)量百分數(shù)為 $\frac{\frac{98a}{64}}{\frac{98a}{64}+b-\frac{18a}{64}}$×100%=50%，
整理可得 a：b=16：29，
故答案為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；16：29．

點評 本題考查化學平衡計算、鹽類水解、原電池原理等知識點，側(cè)重考查學生分析判斷及計算能力，本題注意把握原電池的工作原理，易錯點為（3），注意計算方法的體會，難度中等．