Question

硫酸被稱為“工業之母”，足見其在工業生產中的重要地位．利用催化氧化反應將SO₂轉化為SO₃是工業生產硫酸的關鍵步驟．一定溫度下，向一個帶活塞的體積為2L的密閉容器中充入2.0mol SO₂（g）和1.0mol O₂（g），發生反應：SO₂（g）+

1

2

O₂（g）?SO₃（g）△H=-98kJ?mol^-1，反應達到平衡時體積為1.6L．
（1）反應達到平衡時SO₂（g）的平衡轉化率為

 

，該反應的平衡常數K=

 

．
（2）已知Mn²⁺溶液顯無色．若將足量SO₂通入酸化的KMnO₄溶液中，充分振蕩后溶液顏色褪去，由此說明SO₂具有

 

（選填“漂白性”、“還原性”或“氧化性”），發生反應的離子方程式為

 

．
（3）天然海水中主要含有Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Cl^-、HCO₃^-等離子，其pH約為8，原因是

 

（用離子方程式表示）．
（4）若以如圖所示裝置，用電化學原理生產硫酸，該裝置中通入SO₂的一極的電極反應式為

 

．反應過程中溶液里通過隔膜的SO₄^2-的移動方向是

 

（填“由左到右”或“由右到左”）．
若有96g SO₂（g）被完全氧化，利用所產生的電能電解足量的CuSO₄溶液（假設能量總利用率為80%），則理論上將產生標準狀況下O₂的體積是

 

L．

Answer 1

分析：（1）容器的容積可變，該反應為恒溫恒壓，容器的容積與混合氣體的物質的量成正比，根據容器的容積變化和差量法計算出反應消耗的二氧化硫、氧氣和生成的三氧化硫的物質的量，再根據轉化率、平衡常數的表達式進行計算；
（2）酸性高錳酸鉀具有強氧化性，二氧化硫具有還原性，二者發生了氧化還原反應，二氧化硫被氧化成硫酸根離子，高錳酸鉀中的錳元素被還原成錳離子，據此寫出反應的離子方程式；
（3）碳酸氫根離子能夠結合水電離的氫離子，使溶液顯示弱堿性，據此寫出反應的離子方程式；
（4）原電池負極發生氧化反應，SO₂被氧化生成SO₄^2-；二氧化硫被氧化，該電極為負極，根據電流方向及硫酸根離子帶負電荷進行判斷SO₄^2-的移動方向；根據電子守恒計算出生成的標況下氧氣的體積．

解答：解：（1）恒溫恒壓條件下，氣體的體積之比就等于物質的量之比，反應反應后混合氣體的物質的量為：（2mol+1mol）

1.6L

2L

=2.4mol，達到平衡時混合氣體減小了0.6mol，設反應消耗了二氧化硫xmol、氧氣ymol，生成了zmol三氧化硫，
  SO₂（g）+

1

2

O₂?SO₃（g）△n
   1       0.5     1       0.5
   x        y      z       0.6mol
根據以上關系可得：x=1.2mol，y=0.6mol，z=1.2mol，
SO₂（g）的平衡轉化率為：

1.2

2

×100%=60%；
則平衡時：c（SO₂）=

2.0mol-1.2mol

2L

=0.4mol/L，c（O₂）=

1.0mol-0.6mol

2L

=0.2mol/L，c（SO₃）=

1.2mol

2L

=0.6mol/L，
所以k=

c(SO3)

c(SO2)?c 1 2 (O2)

=

0.6

0.4×(0.2) 1 2

=

0.6

0.4×0.4472

≈3.35，
故答案為：60%；3；
（2）高錳酸鉀溶液褪色，說明高錳酸鉀被還原，二氧化硫具有還原性；反應的離子方程式為：5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O=2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：還原性；5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O=2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺；
（3）碳酸根離子在溶液中發生了水解，反應的離子方程式為：HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-，導致溶液中氫氧根離子濃度大于氫離子濃度，溶液顯示堿性，
故答案為：HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-；
（4）原電池負極發生氧化反應，SO₂被氧化生成SO₄^2-，負極電極反應式為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；二氧化硫發生了氧化反應，所以二氧化硫的電極為負極，氧氣的電極為正極，電流方向為正極流向負極，即：外電路中由右向左、溶液中由左向右，所以溶液中SO₄^2-的移動方向與電流方向相反：由右到左；
96g SO₂（g）的物質的量為1.5mol，失去電子的物質的量為3mol，能量總利用率為80%，電解轉移的電子的物質的量為：3mol×80%=2.4mol；
1mol氧氣反應得到4mol電子，若轉移2.4mol電子，生成氧氣的物質的量為：

2.4mol

4

=0.6mol，
標況下生成氧氣的體積為：22.4L/mol×0.6mol=13.44 L，
故答案為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；由右到左；13.44．

點評：本題考查了化學平衡常數、離子方程式的書寫、原電池和電解池工作原理，題目難度中等，注意掌握化學平衡常數的概念及表達式、原電池和電解池工作原理，試題能夠培養學生的分析、理解能力．