Question

16．二氧化硫的轉化是資源利用和環境保護的重要研究課題．將二氧化硫進行轉化
利用有多種方法．
（1）已知2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
CaCO₃（s）═CaO（s）+CO₂（g）△H=+178.5kJ•mol^-1
CaSO₄（s）═CaO（s）+SO₃（g）△H=+401.9kJ•mol^-1
則“鈣基固硫”的熱化學方程式為：2CaCO（s）+2SO（g）+O（g）═2CaSO（s）+2CO（g）△H=-643400J•mol^-1
（2）可利用海水對含SO 的煙氣進行脫硫，已知海水呈弱堿性，主要含有Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、SO^2-₄、Br^-、HCO-₃等離子．其工藝流程如圖所示：

①向曝氣池中通入空氣的目的將H₂SO₃、HSO₃^-等氧化為SO₄^2-．
②通入空氣后曝氣池中的海水與天然海水相比，濃度有明顯不同的離子是bd．
a．Cl^-   b．SO₄^2-    c．Br^-    d．HCO₃^-
（3）用NaOH溶液吸收煙氣中的SO₂，將所得的Na₂SO₃溶液進行電解，可循環再生NaOH，同時得到H₂SO₄，其原理如題圖1所示．（電極材料為石墨）
①b極的電極反應式為SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺．
②電解過程中a極區堿性明顯增強，用平衡移動原理解釋原因H₂O?H⁺+OH^-，在陰極H⁺放電生成H₂，c（H⁺）減小，水的電離平衡正向移動，堿性增強．
（4）氧化鋅吸收法．配制ZnO懸濁液，在吸收塔中封閉循環脫硫，發生的主要反應為ZnO（s）+SO₂（g）=ZnSO₃（s），測得pH、吸收效率η隨時間t的變化如題圖2所示．
①pH-t曲線中cd段發生的主要反應的化學方程式為ZnSO₃+SO₂+H₂O=Zn（HSO₃）₂．
②為提高SO₂的吸收效率η，可采取的措施為增大懸濁液中ZnO的量或適當提高單位時間內煙氣的循環次數．（任寫一條）

Answer 1

分析 （1）已知①2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
②CaCO₃（s）═CaO（s）+CO₂（g）△H=+178.5kJ•mol^-1
③CaSO₄（s）═CaO（s）+SO₃（g）△H=+401.9kJ•mol^-1
依據蓋斯定律計算①-2×（②-③）得到“鈣基固硫”的熱化學方程式；
（2）①含SO₂的煙氣可利用海水脫硫，向曝氣池中通入空氣的目的是把H₂SO₃、HSO₃^-等氧化為SO₄^2-；
②由上一問可知硫酸根濃度肯定增大，天然海水呈弱堿性，通入空氣后曝氣池中的海水會生成酸性物質會消耗HCO₃^-，HCO₃^-會減少；
（3）①SO₃^2-放電的電極反應式為SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺，
②在陰極H⁺放電生成H₂，c（H⁺）減小，水的電離平衡H₂O?H⁺+OH^-正向移動，所以堿性增強；
（4）①cd段溶液的pH介于4～6之間，結合圖3可知，該pH條件下溶液中主要存在亞硫酸氫根離子，則pH-t曲線cd段發生反應為亞硫酸鋅與二氧化硫反應生成亞硫酸氫鋅；
②根據圖2中SO₂的吸收效率η與時間、溶液的pH的關系對各選項進行判斷．

解答 解：（1）已知①2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
②CaCO₃（s）═CaO（s）+CO₂（g）△H=+178.5kJ•mol^-1
③CaSO₄（s）═CaO（s）+SO₃（g）△H=+401.9kJ•mol^-1
依據蓋斯定律計算①-2×（②-③）得到“鈣基固硫”的熱化學方程式為：2CaCO₃（s）+2SO₂（g）+O₂（g）═2CaSO₄（s）+2CO₂（g）△H=-643.4KJ/mol=-643400J/mol，
故答案為：2CaCO₃（s）+2SO₂（g）+O₂（g）═2CaSO₄（s）+2CO₂（g）△H=-643.4KJ/mol=-643400J/mol；
（2）①含SO₂的煙氣可利用海水脫硫，向曝氣池中通入空氣的目的是把H₂SO₃、HSO₃^-等氧化為SO₄^2-，
故答案為：將H₂SO₃、HSO₃^-等氧化為SO₄^2-；
②由上一問可知硫酸根濃度肯定增大，天然海水呈弱堿性，通入空氣后曝氣池中的海水會生成酸性物質會消耗HCO₃^-，HCO₃^-會減少，
故答案為：bd；
（3）①SO₃^2-失去電子被氧化成SO₄^2-，電極反應式為：SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺，故答案為：SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺；
②在陰極H⁺放電生成H₂，c（H⁺）減小，水的電離平衡H₂O?H⁺+OH^-正向移動，所以堿性增強；
故答案為：H₂O?H⁺+OH^-，在陰極H⁺放電生成H₂，c（H⁺）減小，水的電離平衡正向移動，堿性增強；
（4）①cd段溶液的pH介于4～6之間，結合圖3可知，該pH條件下溶液中主要存在亞硫酸氫根離子，則pH-t曲線cd段發生的主要反應為：ZnSO₃+SO₂+H₂O=Zn （HSO₃）₂，
故答案為：ZnSO₃+SO₂+H₂O=Zn （HSO₃）₂；
②增大懸濁液中ZnO的量，可以充分吸收二氧化硫，從而提高吸收效率，適當提高單位時間內煙氣的循環次數，可以使二氧化硫充分吸收，從而提高了二氧化硫的吸收效率，
故答案為：增大懸濁液中ZnO的量或適當提高單位時間內煙氣的循環次數；

點評 本題考查了熱化學方程式書寫、生產工藝流程、電解池原理的分析，是化學與技術的典型題目，仔細分析生產工藝流程，電解池陰極陽極的判斷和電極反應式的書寫是解題關鍵，注意圖象的理解應用，題目難度中等．