7.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=-1473.2 kJ•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2:
①0~20min反應速率表示為v(SO2)=0.03 mol/(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;
③平衡常數(shù)的表達式K=$\frac{c({S}_{2})×{c}^{2}(C{O}_{2})}{{c}^{2}(S{O}_{2})}$.
(2)亞硫酸鈉吸收法
①Na2SO3溶液吸收SO2的離子方程式為SO32-+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(SO32-)+c(HSO3-)+c(OH-
b.c(Na+)=c(SO32-)+c(HSO3-)+c(H2SO3
c.c(Na+)>c(HSO3-)>c(H+)>c(SO32-
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=SO42-+4 H+;
②當電路中轉(zhuǎn)移0.02mol e-時(較濃H2SO4尚未排出),交換膜左側溶液中約增加0.03mol離子.

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=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應物平衡濃度冪次方乘積}$,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左側電極反應式為:SO2-2e-+2H2O=SO42-+4 H+,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,左側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)=$\frac{0.60mol/L}{20min}$=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=$\frac{c({S}_{2})×{c}^{2}(C{O}_{2})}{{c}^{2}(S{O}_{2})}$,
故答案為:$\frac{c({S}_{2})×{c}^{2}(C{O}_{2})}{{c}^{2}(S{O}_{2})}$;
(2)①Na2SO3溶液與SO2反應生成亞硫酸氫鈉,反應離子方程式為:SO32-+SO2+H2O=2HSO3-,故答案為:SO32-+SO2+H2O=2HSO3-
②a.根據(jù)電荷守恒:c(Na+)+c(H+)=2c(SO32-)+c(HSO3-)+c(OH-),故溶液中c(Na+)+c(H+)>c(SO32-)+c(HSO3-)+c(OH-),故a正確;
b.溶液中S元素以SO32-、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(SO32-)+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(SO32-),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=SO42-+4 H+,
故答案為:SO2-2e-+2H2O=SO42-+4 H+
②左側電極反應式為:SO2-2e-+2H2O=SO42-+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,即有0.02mol氫離子移至右側,故左側溶液中增加離子為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,側重考查學生對知識的遷移應用,(3)中左側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,題目難度中等.

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