Question

17．硫及其化合物在工業上有著廣泛的應用．
完成下列填空：
（1）寫出工業上以硫磺為原料生產硫酸的第一步反應方程式S+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$SO₂．
（2）工業上用過硫酸鉀（K₂S₂O₈）測定鋼鐵中的錳含量，主要反應如下：
2Mn²⁺+5S₂O₈^2-+8H₂O→2MnO₄^-+10SO₄^2-+16H⁺
配平該反應方程式，氧化產物是MnO₄^-．
（3）用電解硫酸氫鉀的方法制取過硫酸鉀：HSO₄^-在陽極（填：“陽極”或“陰極”）反應生成S₂O₈^2-，另一極生成氫氣，生成0.1mol的S₂O₈^2-同時可收集到0.2g氫氣．
（4）已知硫酸的第二級電離并不完全：HSO₄^-H⁺+SO₄^2-（K_i=1.2×10^-2）；
在0.1mol/L的硫酸氫鉀溶液中大約有30%的HSO₄^-電離，則該溶液中離子濃度由大到小排列第2位的離子是HSO₄^-，第4位的離子是SO₄^2-．往該溶液中加入硫酸氫鉀固體并保持溫度不變，則溶液中$\frac{c（{K}^{+}）}{c（HS{O}_{4}^{-}）}$減小（填：“增大”、“減小”或“不變”）
（5）已知：HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-K=1.02×10^-7
NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺ K=5.65×10^-10
往亞硫酸氫銨中加入一定量的氫氧化鋇溶液，可能發生的反應離子方程式是cd（選填編號）．
a．HSO₃^-+Ba²⁺+OH^-→BaSO₃↓+H₂O
b．NH₄⁺+2HSO₃^-+2Ba²⁺+3OH^-→2BaSO₃↓+2H₂O+NH₃•H₂O
c．NH₄⁺+HSO₃^-+Ba²⁺+2OH^-→BaSO₃↓+H₂O+NH₃•H₂O
d．2NH₄⁺+4HSO₃^-+3Ba²⁺+6OH^-→3BaSO₃↓+4H₂O+2NH₃•H₂O+SO₃^2-．

Answer 1

分析 （1）以硫磺為原料生產硫酸的過程為硫燃燒生成二氧化硫，二氧化硫催化氧化生成三氧化硫，三氧化硫和水反應生成硫酸；
（2）反應中錳元素化合價+2價變化為+7價，電子轉移5e^-，S₂O₈^2-中硫元素化合價+7價變化為SO₄^2-中 硫元素化合價+6價，電子轉移2e^-，結合電子守恒和原子守恒配平書寫得到反應的離子方程式，元素化合價升高的做還原劑被氧化，得到氧化產物；
（3）用鉑電極電解硫酸氫鉀溶液，在陽極上生成S₂O₈^2-，HSO₄^-離子在陽極失電子生成S₂O₈^2-，電極反應為：2HSO₄^--2e^-═S₂O₈^2-+2H⁺，結合電極反應電子守恒計算得到生成氫氣的質量；
（4）已知硫酸的第二級電離并不完全，在0.1mol/L的硫酸氫鉀溶液中大約有30%的HSO₄^-電離，溶液顯酸性，則溶液中離子濃度大小為c（K⁺）＞c（HSO₄^-）＞c（H⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（OH^-），往該溶液中加入硫酸氫鉀固體并保持溫度不變，則溶液中c（HSO₄^-）、c（K⁺）濃度增大，但對于電離平衡，HSO₄^-?H⁺+SO₄^2-，硫酸氫根離子只電離不水解，氫離子濃度增大平衡逆向進行，電離程度減小，c（HSO₄^-）增大的多；
（5）已知：HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-K=1.02×10^-7，NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺ K=5.65×10^-10，亞硫酸氫根離子電離程度大于一水合氨的電離程度，所以亞硫酸氫銨溶液中滴入氫氧化鋇溶液，氫氧根離子先和亞硫酸氫根離子反應，后與銨根離子結合生成一水合氨，反應中氫氧化鋇量不同產物不同，不足量的氫氧化鋇反應時需要滿足化學式的組成比，
a．從選項中的離子方程式分析，HSO₃^-+Ba²⁺+OH^-→BaSO₃↓+H₂O是氫氧化鋇不足量時的反應，只和亞硫酸氫根離子反應，則氫氧化鋇電離出的鋇離子和氫氧根離子全部反應，需要符合氫氧化鋇化學式的組成比，；
b．選項中離子方程式分析，NH₄⁺+2HSO₃^-+2Ba²⁺+3OH^-→2BaSO₃↓+2H₂O+NH₃•H₂O，電離出2molBa²⁺，電離出的氫氧根離子為4mol，其中2molOH^-和2mol亞硫酸氫根離子反應，2molOH^-和2molNH₄⁺離子反應，是氫氧化鋇和亞硫酸氫銨1：1恰好完全反應；
c．依據b分析可知，選項中離子方程式為氫氧化鋇和亞硫酸氫銨1：1反應；
d．反應是4molNH₄HSO₃和3molBa（OH）₂的反應，6molOH^-離子先和4molHSO₃^-反應，剩余 2molOH^-離子再和2molNH₄⁺離子反應剩余2molNH₄⁺離子生成亞硫酸銨；

解答 解：（1）以硫磺為原料生產硫酸的過程為硫燃燒生成二氧化硫，二氧化硫催化氧化生成三氧化硫，三氧化硫和水反應生成硫酸，第一步反應的化學方程式為：S+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$SO₂，
故答案為：S+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$SO₂；
（2）反應中錳元素化合價+2價變化為+7價，電子轉移5e^-，S₂O₈^2-中硫元素化合價+7價變化為SO₄^2-中 硫元素化合價+6價，電子轉移2e^-，電子轉移總數為10e^-，Mn²⁺前系數，2，S₂O₈^2-，前系數為5，結合原子守恒、電荷守恒配平書寫離子方程式為：2Mn²⁺+5S₂O₈^2-+8H₂O=2MnO₄^-+10SO₄^2-+16H⁺，反應中錳元素化合價+2價變化為+7價，做還原劑被氧化生成氧化產物為MnO₄^-，
故答案為：2，5，8，2，10，16，MnO₄^-；
（3）用電解硫酸氫鉀的方法制取過硫酸鉀：陰離子在陽極失電子發生氧化反應，元素化合價分析可知硫元素化合價+6價變化為+7價，化合價升高失電子發生氧化反應生成S₂O₈^2-，HSO₄^-在陽極反應生成S₂O₈^2-，電極反應為：2HSO₄^--2e^-═S₂O₈^2-+2H⁺，另一極生成氫氣，電極反應為2H⁺+2e^-=H₂↑，陽極電子守恒計算，生成0.1mol的S₂O₈^2-同時，電子轉移0.2mol，S₂O₈^2-～H₂↑～2e^-，可收集到氫氣物質的量0.1mol，質量=0.1mol×2g/mol=0.2g，
故答案為：陽極，0.2；
（4）已知硫酸的第二級電離并不完全，在0.1mol/L的硫酸氫鉀溶液中大約有30%的HSO₄^-電離，溶液顯酸性，則溶液中離子濃度大小為c（K⁺）＞c（HSO₄^-）＞c（H⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（OH^-），則該溶液中離子濃度由大到小排列第2位的離子是HSO₄^-，第4位的離子是SO₄^2-，往該溶液中加入硫酸氫鉀固體并保持溫度不變，則溶液中c（HSO₄^-）、c（K⁺）濃度增大，但對于電離平衡，HSO₄^-?H⁺+SO₄^2-，硫酸氫根離子只電離不水解，氫離子濃度增大平衡逆向進行，電離程度減小，c（HSO₄^-）增大的多，$\frac{c（{K}^{+}）}{c（HS{{O}_{4}}^{-}）}$比值減小，
故答案為：HSO₄^-，SO₄^2-，減小；
（5）已知：HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-K=1.02×10^-7，NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺ K=5.65×10^-10，亞硫酸氫根離子電離程度大于一水合氨的電離程度，所以亞硫酸氫銨溶液中滴入氫氧化鋇溶液，氫氧根離子先和亞硫酸氫根離子反應，后與銨根離子結合生成一水合氨，反應中氫氧化鋇量不同產物不同，不足量的氫氧化鋇反應時需要滿足化學式的組成比，
a．從選項中的離子方程式分析，HSO₃^-+Ba²⁺+OH^-→BaSO₃↓+H₂O是氫氧化鋇不足量時的反應，只和亞硫酸氫根離子反應，則氫氧化鋇電離出的鋇離子和氫氧根離子全部反應，需要符合化學式的組成比，正確的應為2HSO₃^-+Ba²⁺+2OH^-→BaSO₃↓+2H₂O+SO₃^2-，故a錯誤；
b．選項中離子方程式分析，NH₄⁺+2HSO₃^-+2Ba²⁺+3OH^-→2BaSO₃↓+2H₂O+NH₃•H₂O，電離出2molBa²⁺，電離出的氫氧根離子為4mol，其中2molOH^-和2mol亞硫酸氫根離子反應，2molOH^-和2molNH₄⁺離子反應，正確的反應離子方程式為：NH₄⁺+HSO₃^-+Ba²⁺+2OH^-→BaSO₃↓+H₂O+NH₃•H₂O，故B錯誤；
c．依據b分析可知，選項中離子方程式為氫氧化鋇和亞硫酸氫銨1：1反應的離子方程式，NH₄⁺+HSO₃^-+Ba²⁺+2OH^-→BaSO₃↓+H₂O+NH₃•H₂O，故c正確；
d.2NH₄⁺+4HSO₃^-+3Ba²⁺+6OH^-→3BaSO₃↓+4H₂O+2NH₃•H₂O+SO₃^2-，分析離子方程式，反應是4molNH₄HSO₃和3molBa（OH）₂的反應，6molOH^-離子先和4molHSO₃^-反應，剩余 2molOH^-離子再和2molNH₄⁺離子反應剩余2molNH₄⁺離子生成亞硫酸銨，反應的離子方程式正確，故d正確，
故答案為：cd．

點評 本題考查了氧化還原反應電子轉移計算和離子方程式書寫，弱電解質電離平衡影響因素，和量有關的離子方程式書寫和判斷，注意反應的量不同產物不同，題目難度中等．