Question

15．硫單質和化合物在工農業生產中有著重要的應用，而SO₂直接排放會對環境造成危害．
I．已知：重晶石（BaSO₄）高溫緞燒可發生一系列反應，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BaS（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生移動，則改變的條件最有可能是減少CO₂的濃度；
（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^-5mol/L
（3）電化學處理法
①如圖2所示，Pt_（1）電極的反應式為SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4 H⁺；
②當電路中轉移0.02mole^-時（較濃H₂SO₄尚未排出），交換膜左側溶液中約增加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，
根據蓋斯定律：③×2-①-②得：Ba（s）+S（s）+2O₂（g）=BaSO₄（s），反應熱也進行相應的計算；
Ⅱ．（1）①根據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；
（2）①Na₂SO₃溶液與SO₂反應生成亞硫酸氫鈉；
②a．根據電荷守恒判斷；
b．根據物料守恒判斷；
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=SO₄^2-+4 H⁺，根據電子轉移守恒計算生成硫酸根、氫離子的物質的量，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=-221 kJ?mol^-1，
根據蓋斯定律：③×2-①-②得：Ba（s）+S（s）+2O₂（g）=BaSO₄（s），故△H=（-221 kJ?mol^-1）×2-（+460 kJ?mol^-1）-（+571.2 kJ?mol^-1）=-1473.2KJ•mol^-1，
故答案為：-1473.2KJ•mol^-1；
Ⅱ．（1）①由圖可知，0-20min內二氧化硫濃度變化量為1mol/L-0.4mol/L=0.6mol/L，故v（SO₂）=$\frac{0.6mol/L}{20min}$=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；
（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-+4 H⁺，
故答案為：SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4 H⁺；
②左側電極反應式為：SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4 H⁺，根據電子轉移守恒，生成硫酸根物質的量$\frac{0.02mol}{2}$=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的量計算為易錯點，學生容易根據電極反應式計算，忽略部分氫離子移至右側．