Question

15．（1）25℃，吸收液Na₂SO₃溶液在吸收SO₂的過程中，pH隨n（SO₃^2-）：n（HSO₃^-）變化關系如下表：

n（SO32-）：n（HSO3-）	91：9	1：1	1：91
pH	8.2	7.2	6.2

①當吸收液呈中性時，溶液中離子濃度關系正確的是：AB（選填字母）
A．c（Na⁺）=2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）
B．c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）＞c（H⁺）=c（OH^-）
C．c（Na⁺）+c（H⁺）=c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（OH^-）
②當吸收液的pH降至約為6時，需送至電解槽再生．再生示意圖如下：

請寫出HSO₃^-在陽極放電的電極反應式是HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺．
（2）已知：CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂ （g）+2H₂O （l）△H=-Q₁  kJ/mol
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂ O （g）△H=-Q₂  kJ/mol
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂ O （l）△H=-Q₃   kJ/mol，
常溫下，取體積比4：1的甲烷和氫氣的混合氣體11.2L（標況），經(jīng)完全燃燒恢復常溫，放出的熱為0.4Q₁+0.05Q₃．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)溶液中電荷守恒和物料守恒確定溶液中各種離子濃度的關系；
②陽極上陰離子放電發(fā)生氧化反應；
（2）根據(jù)混合氣體的體積計算混合氣體的物質的量，結合氣體體積比計算甲烷、氫氣的物質的量，再根據(jù)熱化學反應方程式計算放出的熱量．注意燃燒后恢復至常溫，氫氣燃燒放出的熱量應選擇生成液態(tài)水的熱化學反應方程式計算．

解答 解：（1）①當溶液呈中性時，溶液中氫離子濃度等于氫氧根離子濃度，亞硫酸氫根離子濃度大于亞硫酸根離子濃度．
A、溶液呈電中性，溶液中陰陽離子所帶電荷相等，溶液呈中性時，溶液中氫離子濃度等于氫氧根離子濃度，所以c（Na⁺）=2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-），故A正確．
B、溶液呈中性時，溶液中氫離子濃度等于氫氧根離子濃度，亞硫酸氫根離子濃度大于亞硫酸根離子濃度，溶液中陰陽離子所帶電荷相等，所以得c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）＞c（H^-）=c（OH^-），故B正確．
C、溶液呈電中性，溶液中陰陽離子所帶電荷相等，得c（Na⁺）+c（H^-）=2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（OH^-），故C錯誤．
故答案為：AB；
②當吸收液的pH降至約為6時，吸收液中陰離子主要是亞硫酸氫根離子，亞硫酸氫根離子在陽極上失電子和水反應生成硫酸根離子和氫離子，電極反應式為：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺．
故答案為：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺；
（2）甲烷和氫氣的混合氣體11.2L（已折合成標準狀況），所以甲烷和氫氣的混合氣體的總的物質的量為$\frac{11.2}{22.4}$=0.5mol，
甲烷和氫氣的體積比為4：1，所以甲烷的物質的量為0.5mol×$\frac{4}{5}$=0.4mol，氫氣的物質的量為0.5mol-0.4mol=0.1mol．
由CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-Q₁kJ/mol可知，
0.4mol甲烷燃燒放出的熱量為0.4mol×Q₁kJ/mol=0.4Q₁kJ；
由2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-Q₃kJ/mol可知，
0.1mol氫氣燃燒生成液態(tài)水放出的熱量為0.1mol×$\frac{1}{2}$×Q₃kJ/mol=0.05Q₃kJ．
所以放出的熱量為0.4Q₁+0.05Q₃，
故答案為：0.4 Q₁+0.05Q₃．

點評 本題考查了污染物的處理，涉及到離子方程式、化學方程式和離子濃度大小的比較、熱化學方程式計算反應熱，等知識點，難度中等，需要注意的是比較溶液中各種離子濃度相對大小時要結合電荷守恒和物料守恒分析解答．