Question

11．硫單質(zhì)及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著重要的應(yīng)用．
（1）己知25℃時：O₂（g）+S（s）═SO₂（g）△H=-akJ•mol^-1O₂（g）+2SO₂（g）?2SO₃（g）△H=-b kJ•mol^-1寫出SO₃（g）分解生成O₂（g）與S（s）的熱化學(xué)方程式：2SO₃（g）?3O₂（g）+2S（s）△H=（2a+b）kJ/mol．
（2）研究SO₂催化氧化生成SO₃的反應(yīng)，回答下列相關(guān)問題：
①甲圖是SO₂（g）和SO₃（g）的濃度隨時間的變化情況．反應(yīng)從開始到平衡時，用O₂表示的平均反應(yīng)速率為0.375mol/（L•min）．
②在一容積可變的密閉容器中充入20mol SO₂（g）和10mol O₂（g），O₂的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度（T）、壓強（P）的變化如圖乙所示．則P₁與P₂的大小關(guān)系是P₁＜P₂ （“＞”“＜”或“=”），A、B、C三點的平衡常數(shù)大小關(guān)系為K_A=K_C＜K_B（用K_A、K_B、K_C和“＜”“＞”或“=”表示）．
（3）常溫下，H₂SO₃的電離平衡常數(shù)K_a1=1.54×10^-2，K_a2=1.02×10^-7．
①將SO₂通入水中反應(yīng)生成H₂SO₃．試計算常溫下H₂SO₃?2H⁺+SO₃^2-的平衡常數(shù)K=1.57×10^-9．（結(jié)果保留小數(shù)點后兩位數(shù)字）
②濃度均為0.1mol•L^-1的Na₂SO₃、NaHSO₃混合溶液中，＜“m“：math dsi：zoomscale=150 dsi：_mathzoomed=1＞c（Na+）c（SO32-）+c（HSO3-）+c（H2SO3）$\frac{c（N{a}^{+}）}{c（S{O}_{3}^{2-}）+c（HS{O}_{3}^{-}）+c（{H}_{2}S{O}_{3}）}$=$\frac{3}{2}$．
（4）往1L0.2mol•L^-1 Na₂SO₃溶液中加入0.1mol的CaCl₂固體，充分反應(yīng)后（忽略溶液體積變化），溶液中c（Ca²⁺）=1.28×10^-8mol/L．（已知，常溫下K_sp（CaSO₃）=1.28×l0^-9）
（5）用含等物質(zhì)的量溶質(zhì)的下列溶液分別吸收SO₂，理論吸收量最多的是B（填序號）．
A．Na₂SO₃   B．Fe（NO₃）₃    C．Ba（OH）₂      D．酸性 KMnO₄．

Answer 1

分析 （1）所求反應(yīng)為：2SO₃（g）?3O₂（g）+2S（s），該反應(yīng)可由已知反應(yīng)推導(dǎo)，根據(jù)蓋斯定律求該反應(yīng)的焓變；
（2）①研究SO₂催化氧化生成SO₃的反應(yīng)，反應(yīng)方程式為：O₂（g）+2SO₂（g）?2SO₃（g），SO₂是反應(yīng)物，隨著反應(yīng)的進行，濃度降低，SO₃是生成物，隨著反應(yīng)的進行，濃度升高，根據(jù)圖象，下降的是SO₂，反應(yīng)從開始到平衡，經(jīng)歷的時間為△t=10min，SO₂的物質(zhì)的量濃度改變量為9.0-1.5=7.5mol/L，根據(jù)反應(yīng)關(guān)系，O₂的物質(zhì)的量濃度改變量為△c=$\frac{7.5mol/L}{2}$=3.75mol/L，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)平均速率計算公式$\overline{r}（{O}_{2}）$=$\frac{△c}{△t}$計算；
②反應(yīng)方程式為：O₂（g）+2SO₂（g）?2SO₃（g），隨著反應(yīng)的進行，氣體分子數(shù)減小，體系壓強降低，結(jié)合圖象采用控制變量法分析，當溫度相同時，增大體系壓強，有利于化學(xué)反應(yīng)平衡向正反應(yīng)方向移動，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率升高，可見大壓強對應(yīng)大的O₂的轉(zhuǎn)化率，
溫度相同，化學(xué)平衡常數(shù)不改變，該反應(yīng)的焓變小于0，因此反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度有利于反應(yīng)正向進行，據(jù)此分析判斷；
（3）①常溫下H₂SO₃?2H⁺+SO₃^2-的平衡常數(shù)，根據(jù)多重平衡規(guī)則計算，注意結(jié)果保留小數(shù)點后兩位數(shù)字；
②濃度均為0.1mol/L的Na₂SO₃、NaHSO₃混合溶液，根據(jù)物料守恒計算；
（4）1L0.2mol/L Na₂SO₃溶液中加入0.1mol的CaCl₂固體，充分反應(yīng)后（忽略溶液體積變化），反應(yīng)生成CaSO₃，溶液中起始時，c（Ca²⁺）=0.1mol/L，c（SO₃^2-）=0.2mol/L，發(fā)生反應(yīng)為Ca²⁺+SO₃^2-═CaSO₃，反應(yīng)后，溶液中剩余c（SO₃^2-）=0.2mol/L-0.1mol/L=0.1mol/L，根據(jù)沉淀溶解平衡求解；
（5）依據(jù)選項中的溶液性質(zhì)和二氧化硫反應(yīng)的過程和化學(xué)方程式定量關(guān)系分析計算．

解答 解：（1）已知：①O₂（g）+S（s）═SO₂（g）△H₁=-akJ/mol，
                        ②O₂（g）+2SO₂（g）?2SO₃（g）△H₂=-b kJ/mol，
所求反應(yīng)方程式為：2SO₃（g）?3O₂（g）+2S（s），該反應(yīng)可由-（①×2+②）得到，根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)的焓變?yōu)椤鱄=-（2△H₁+△H₂）=（2a+b）kJ/mol，
故答案為：2SO₃（g）?3O₂（g）+2S（s）△H=（2a+b）kJ/mol；
（2）①SO₂催化氧化生成SO₃的反應(yīng)方程式為：O₂（g）+2SO₂（g）?2SO₃（g），SO₂是反應(yīng)物，隨著反應(yīng)的進行，濃度降低，SO₃是生成物，隨著反應(yīng)的進行，濃度升高，根據(jù)圖象，下降的是SO₂，反應(yīng)從開始到平衡，經(jīng)歷的時間為△t=10min，SO₂的物質(zhì)的量濃度改變量為9.0-1.5=7.5mol/L，根據(jù)反應(yīng)關(guān)系，O₂的物質(zhì)的量濃度改變量為△c=$\frac{7.5mol/L}{2}$=3.75mol/L，則用O₂表示的平均反應(yīng)速率為$\overline{r}（{O}_{2}）=\frac{△c}{△t}$=$\frac{3.75mol/L}{10min}$=0.375mol/（L•min），
故答案為：0.375mol/（L•min）；
②反應(yīng)方程式為：O₂（g）+2SO₂（g）?2SO₃（g），隨著反應(yīng)的進行，氣體分子數(shù)減小，體系壓強降低，結(jié)合圖象采用控制變量法分析，當溫度相同時，增大體系壓強，有利于化學(xué)反應(yīng)平衡向正反應(yīng)方向移動，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率升高，因此增大壓強，可以增大O₂的平衡轉(zhuǎn)化率，則P₁與P₂的大小關(guān)系是P₁＜P₂，
溫度相同，化學(xué)平衡常數(shù)不改變，該反應(yīng)的焓變小于0，因此反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度有利于反應(yīng)正向進行，則A、B、C三點的平衡常數(shù)大小關(guān)系為K_A=K_C＜K_B，
故答案為：K_A=K_C＜K_B；
（3）①常溫下H₂SO₃?2H⁺+SO₃^2-的平衡常數(shù)K，根據(jù)多重平衡規(guī)則，反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（{H}^{+}）c（S{O}_{3}^{2-}）}{c（{H}_{2}S{O}_{3}）}$=K_a1•K_a2=1.54×10^-2×1.02×10^-7=1.57×10^-9，
故答案為：1.57×10^-9；
②濃度均為0.1mol/L的Na₂SO₃、NaHSO₃混合溶液，對于Na₂SO₃溶液，根據(jù)物料守恒：c（Na⁺）=2c（SO₃^2-）+2（HSO₃^-）+2（H₂SO₃），對于NaHSO₃溶液，根據(jù)物料守恒：c（Na⁺）=c（SO₃^2-）+（HSO₃^-）+（H₂SO₃），對于濃度相同的Na₂SO₃、NaHSO₃混合溶液，設(shè)混合溶液中有V₁LNa₂SO₃、V₂LNaHSO₃，則混合溶液中，c（Na⁺）=$\frac{2×0.1{V}_{1}+0.1{V}_{2}}{{V}_{1}+{V}_{2}}$，c（SO₃^2-）+（HSO₃^-）+（H₂SO₃）=$\frac{0.1{V}_{1}+0.1{V}_{2}}{{V}_{1}+{V}_{2}}$，因此混合溶液中，$\frac{c（N{a}^{+}）}{c（S{O}_{3}^{2-}）+c（HS{O}_{3}^{-}）+c（{H}_{2}S{O}_{3}）}$=$\frac{3}{2}$，
故答案為：$\frac{3}{2}$；
（4）1L0.2mol/L Na₂SO₃溶液中加入0.1mol的CaCl₂固體，充分反應(yīng)后（忽略溶液體積變化），反應(yīng)生成CaSO₃，溶液中起始時，c（Ca²⁺）=0.1mol/L，c（SO₃^2-）=0.2mol/L，發(fā)生反應(yīng)為Ca²⁺+SO₃^2-═CaSO₃，反應(yīng)后，溶液中剩余c（SO₃^2-）=0.2mol/L-0.1mol/L=0.1mol/L，則溶液中此時c（Ca²⁺）=$\frac{{K}_{sp}（CaS{O}_{3}）}{c（S{O}_{3}^{2-}）}$=1.28×10^-8mol/L，
故答案為：1.28×10^-8mol/L；
（5）A．Na₂SO₃ 吸收SO₂的反應(yīng)為：Na₂SO₃+SO₂+H₂O═2NaHSO₃，1molNa₂SO₃ 最多吸收二氧化硫1mol；
B．Fe（NO₃）₃吸收SO₂氣體的反應(yīng)為：Fe（NO₃）₃+5SO₂+4H₂O═FeSO₄+3NO+4H₂SO₄，1molFe（NO₃）₃最多吸收5molSO₂；
C．Ba（OH）₂ 吸收SO₂氣體的反應(yīng)為：Ba（OH）₂+SO₂+H₂O═BaSO₃↓+2H₂O，1molBa（OH）₂最多吸收1molSO₂；
D．酸性KMnO₄溶液吸收二氧化硫的反應(yīng)為：2MnO₄^-+5SO₂+2H₂O=2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺，1molKMnO₄最多吸收2.5molSO₂，
所以含等物質(zhì)的量溶質(zhì)的Na₂SO₃溶液，F(xiàn)e（NO₃）₃溶液，Ba（OH）₂溶液，酸性KMnO₄溶液，分別吸收SO₂，理論吸收量最多的是Fe（NO₃）₃溶液，
故選B．

點評 本題考察化學(xué)反應(yīng)原理部分，包含熱化學(xué)方程式的書寫，蓋斯定律的應(yīng)用，化學(xué)反應(yīng)速率的計算，化學(xué)平衡的移動，弱電解質(zhì)的電離平衡，沉淀溶解平衡，鹽類水解，氧化還原反應(yīng)，涉及的知識點較多．本題總體來講，難度還是有的．