Question

2．PM2.5（可入肺顆粒物）污染與能源使用的排放有關(guān)，SO₂、NO₂、氨氣以及揮發(fā)性有機(jī)物都是污染性氣體．旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法是去除燃煤煙氣中二氧化硫的方法之一，工藝流程如圖1所示：
（1）寫出高速旋轉(zhuǎn)霧化器中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式2SO₂+O₂+2Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{△}$2 CaSO₄+2H₂O．
（2）在一定條件下，SO₂可被氧氣氧化，每生成8gSO₃氣體，放出9.83kJ的熱量．寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式2SO₂（g）+O₂（g）=2SO₃（g）△=-196.6kJ/mol．
（3）500℃時(shí)，在催化劑存在條件下，分別將2molSO₂和1molO₂置于恒壓容器Ⅰ和恒容容器Ⅱ中（兩容器起始容積均為2L），充分反應(yīng)，二者均達(dá)到平衡后：
①兩容器中SO₃的體積分?jǐn)?shù)關(guān)系是Ⅰ＞Ⅱ（填“＞”、“＜”或“=”）．若測(cè)得容器II中的壓強(qiáng)減小了30%，則該溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)K=1620．
②t₁時(shí)刻分別向兩容器的平衡體系中加入2molSO₃，則兩容器中SO₃的體積分?jǐn)?shù)隨時(shí)間變化曲線圖圖2正確的是A（填序號(hào)）．
（4）用NaOH溶液吸取煙氣中的SO₂，將所得的Na₂SO₃溶液進(jìn)行電解，可循環(huán)再生NaOH，同時(shí)得到H₂SO₄，其原理如圖3所示（電極材料為石墨）．
①圖中a極要連接電源的負(fù)極，C口流出的物質(zhì)是硫酸（填名稱）．
②SO₃^2-放電的電極反應(yīng)式為SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺．
③電解過程中陰極區(qū)堿性明顯增強(qiáng)，請(qǐng)用平衡移動(dòng)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(dòng)，堿性增強(qiáng)．

Answer 1

分析 （1）高速旋轉(zhuǎn)霧化器中涉及反應(yīng)為二氧化硫、氧氣和氫氧化鈣反應(yīng)生成硫酸鈣；
（2）燃燒熱是1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物放出的熱量，根據(jù)每生成8g SO₃氣體，放出9.83kJ的熱量，求出生成2molSO₃氣體放出的熱量，據(jù)此寫出燃燒熱的化學(xué)方程式；
（3）①根據(jù)壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響知識(shí)來回答，反應(yīng)體系中，壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，根據(jù)三段式計(jì)算平衡時(shí)各種物質(zhì)的濃度，依據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算平衡常數(shù)；
②根據(jù)壓強(qiáng)對(duì)速率和平衡影響分析，恒壓容器I和恒容容器Ⅱ中，分別向兩容器的平衡體系中加入2mol SO₃，平衡逆向進(jìn)行，氣體的物質(zhì)的量增大，恒壓容器I的體積增大，恒容容器Ⅱ的體積不變壓強(qiáng)增大，則容器Ⅱ的反應(yīng)速率快達(dá)到平衡所用時(shí)間短，壓強(qiáng)大平衡向生成SO₃向進(jìn)行，則容器Ⅱ中SO₃含量高；
（4）①根據(jù)電解池中陰陽(yáng)離子的移動(dòng)方向：陽(yáng)離子移向陰極可以判斷①圖中a極要連接電源的負(fù)極，SO₃^2-在陽(yáng)極失去電子變成SO₄^2-，所以C口流出的物質(zhì)是H₂SO₄；
②SO₃^2-失去電子被氧化成SO₄^2-；
③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(dòng)，所以堿性增強(qiáng)．

解答 解：（1）高速旋轉(zhuǎn)霧化器中涉及反應(yīng)為二氧化硫、氧氣和氫氧化鈣反應(yīng)生成硫酸鈣，反應(yīng)的方程式為：2SO₂+O₂+2Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{△}$2 CaSO₄+2H₂O，
故答案為：2SO₂+O₂+2Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{△}$2 CaSO₄+2H₂O；
（2）依據(jù)方程式2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），每生成8g 即0.1molSO₃氣體，放出9.83kJ的熱量，則生成2molSO₃氣體放出的熱量為196.6kJ，所以反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ/molKJ•mol^-1；
故答案為：2SO₂（g）+O₂（g）=2SO₃（g）△=-196.6kJ/mol；
（3）①對(duì)于反應(yīng)：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），恒容容器相當(dāng)于恒壓容器的基礎(chǔ)上加大壓強(qiáng)，化學(xué)平衡正向移動(dòng)，SO₃的體積分?jǐn)?shù)增大，所以Ⅰ＞Ⅱ；將2mol SO₂和1mol O₂置于恒容容器II中，設(shè)容器中SO₂的變化量為x，
      2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
初始量：2        1       0
變化量：x      0.5x      x
平衡量：2-x   1-0.5x     x
容器II中的壓強(qiáng)減小了30%，$\frac{3}{2-x+1-0.5x+x}$=$\frac{1}{1-30%}$  解得x=1.8mol；
則平衡時(shí)二氧化硫的物質(zhì)的量為0.2mol，濃度為：$\frac{0.2mol}{2L}$=0.1mol/L；
氧氣的物質(zhì)的量為0.1mol，濃度為：$\frac{0.1mol}{2L}$=0.05mol/L；
三氧化硫的物質(zhì)的物質(zhì)的量為1.8mol，濃度為：$\frac{1.8mol}{2L}$=0.9mol/L；
平衡常數(shù)K=$\frac{{C}^{2}（S{O}_{3}）}{{C}^{2}（S{O}_{2}）C（{O}_{2}）}$=$\frac{0.9×0.9}{0.1×0.1×0.05}$=1620；
故答案為：1620；
②恒壓容器I和恒容容器Ⅱ中，分別向兩容器的平衡體系中加入2mol SO₃，平衡逆向進(jìn)行，氣體的物質(zhì)的量增大，恒壓容器I的體積增大，恒容容器Ⅱ的體積不變壓強(qiáng)增大，則容器Ⅱ的反應(yīng)速率快達(dá)到平衡所用時(shí)間短，壓強(qiáng)大平衡向生成SO₃向進(jìn)行，則容器Ⅱ中SO₃含量高，所以圖A符合，
故答案為：A；
（4）①根據(jù)電解池中陰陽(yáng)離子的移動(dòng)方向：陽(yáng)離子移向陰極可以判斷①圖中a極要連接電源的負(fù)極，SO₃^2-在陽(yáng)極失去電子變成SO₄^2-，所以C口流出的物質(zhì)是H₂SO₄，
故答案為：負(fù)；硫酸；
②SO₃^2-失去電子被氧化成SO₄^2-，電極反應(yīng)式為：SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺，故答案為：SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺；
③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(dòng)，所以堿性增強(qiáng)，
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(dòng)，堿性增強(qiáng)．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了方程式的書寫、平衡常數(shù)的計(jì)算、電解池工作原理，熟悉相關(guān)知識(shí)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．