Question

（2010?廈門二模）高溫裂解法處理工業(yè)廢硫酸的流程圖如下：
廢硫酸高溫裂解的基本原理可用下列方程按兩個(gè)階段進(jìn)行
H₂SO₄（1）

500-850℃

SO₃（g）+H₂O（g）△H=+176kJ?mol^-1
2SO₃（g）?2SO₂（g）+O₂（g）△H=+196k?mol^-1
為研究廢硫酸的霧化和裂解情況，有關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下

	霧化后廢硫酸液滴直徑	廢硫酸完全裂解所需時(shí)間
普通霧化器	800-1200/μm	10s以上
旋轉(zhuǎn)式霧化器	600-850 μm	8-10s
壓縮風(fēng)霧化器	400-650 μm	6-7s
超聲波霧化器	100-300μm	3.5-5s

（1）由上表數(shù)據(jù)可得出的結(jié)論是

廢硫酸液滴直徑越小裂解速率越快

；
（2）廢硫酸裂解成SO₂總反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為

2H₂SO₄（l）═2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）△H=+548kJ?mol^-1

；
（3）在催化氧化室中發(fā)生反應(yīng)：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196kJ?mol^-1
①某溫度時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=3.5，平衡后再充入一定量氣體測得．100L的恒容密閉容器中含有3.0molSO₂，16.0mol O₂和3.0mol SO₃（g），此時(shí)平衡

向逆反應(yīng)方向

移動；（填“向正反應(yīng)方向”、“向逆反應(yīng)方向”或“不”）
②上述反應(yīng)達(dá)到平衡后，改變下列條件，能使SO₂平衡濃度比原來減小的是

A、C

；（填字母）
A．保持溫度和容器體積不變，充入1.0molO₂
B．保持溫度和容器內(nèi)壓強(qiáng)不變，充入3.0molN₂
C．降低溫度
D．在其他條件不變時(shí)，縮小容器的容積
（4）尾氣SO₂用飽和Na₂SO₃溶液吸收可得到一種化工原料，反應(yīng)的化學(xué)方程式為

SO₂+H=2O+Na₂SO₃═2NaHSO₃

（5）科學(xué)家研究出以圖所示裝置用電化學(xué)原理生產(chǎn)硫酸的新工藝，其陽極的電極反應(yīng)式為

SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺

，總反應(yīng)的化學(xué)方程式為

2SO₂+O₂+2H₂O═2H₂SO₄

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)表中霧化后廢硫酸液滴直徑與廢硫酸完全裂解所需時(shí)間的關(guān)系分析；
（2）根據(jù)廢硫酸高溫裂解的基本原理的兩個(gè)階段發(fā)生的反應(yīng)結(jié)合蓋斯定律分析；
（3）①根據(jù)濃度商與平衡常數(shù)的大小判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向；
②改變下列條件，能使SO₂平衡濃度比原來減小，則平衡正移；
（4）飽和Na₂SO₃溶液與SO₂反應(yīng)生成NaHSO₃；
（5）電解原理：使電流通過電解質(zhì)溶液，而在陰、陽兩極引起氧化還原反應(yīng)的過程，陽極是還原劑發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極是氧化劑發(fā)生還原反應(yīng)，分析出氧化劑、還原劑，結(jié)合電解質(zhì)溶液，正確書寫出電極反應(yīng)．

解答：解：（1）根據(jù)表中霧化后廢硫酸液滴直徑與廢硫酸完全裂解所需時(shí)間的關(guān)系可知，廢硫酸液滴直徑越小裂解速率越快，故答案為：廢硫酸液滴直徑越小裂解速率越快；
（2）已知廢硫酸高溫裂解的基本原理可用下列方程按兩個(gè)階段進(jìn)行
H₂SO₄（1）

500-850℃

SO₃（g）+H₂O（g）△H=+176kJ?mol^-1
2SO₃（g）?2SO₂（g）+O₂（g）△H=+196k?mol^-1
根據(jù)蓋斯定律：第一個(gè)方程乘以2再加上第二個(gè)方程得：2H₂SO₄（l）═2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g），
所以2H₂SO₄（l）═2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）△H=（+176kJ?mol^-1）×2+（+196k?mol^-1）=+548kJ?mol^-1；
故答案為：2H₂SO₄（l）═2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）△H=+548kJ?mol^-1；
（3）①100L的恒容密閉容器中含有3.0molSO₂，16.0mol O₂和3.0mol SO₃（g），則cC（SO2）=0.03mol/L，c（O2）=0.16mol/L，Cc（SO3）=0.03mol/L，
因?yàn)闈舛壬蘍_C=

c2(SO3)

c2(SO2)?c(O2)

=

0.032

0.032×0.16

=6.25＞K=3.5，所以化學(xué)反應(yīng)逆向進(jìn)行，故答案為：向逆反應(yīng)方向；
②已知反應(yīng)：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196kJ?mol^-1，改變條件，能使SO₂平衡濃度比原來減小，則平衡正移，
A．保持溫度和容器體積不變，充入1.0molO₂，則平衡正移，能使SO₂平衡濃度比原來減小，故A正確；
B．保持溫度和容器內(nèi)壓強(qiáng)不變，充入3.0molN₂，容器的體積增大，各反應(yīng)物的分壓減小，則平衡逆移，能使SO₂平衡濃度比原來增大，故B錯誤；
C．降低溫度，則平衡正移，能使SO₂平衡濃度比原來減小，故C正確；
D．在其他條件不變時(shí)，縮小容器的容積，則平衡正移，能使SO₂平衡時(shí)的物質(zhì)的量比原來減小，但是由于體積縮小，則濃度可能增大，故D錯誤；
故答案為：AC；
（4）飽和Na₂SO₃溶液與SO₂反應(yīng)生成NaHSO₃，所以能用飽和Na₂SO₃溶液吸收，其反應(yīng)方程式為：SO₂+H=2O+Na₂SO₃═2NaHSO₃；
故答案為：SO₂+H=2O+Na₂SO₃═2NaHSO₃；
（5）電解池中陽極是還原劑發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極是氧化劑發(fā)生還原反應(yīng)．根據(jù)題意可知：通入二氧化硫的電極為陽極，通入氧氣的電極為陰極，陽極反應(yīng)：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺，陰極反應(yīng)：O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O，陰、陽電極反應(yīng)合并得總反應(yīng)為：2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄；
故答案為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺、2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄．

點(diǎn)評：本題考查了蓋斯定律的應(yīng)用、化學(xué)平衡的有關(guān)知識、電化學(xué)的有關(guān)知識，如利用濃度商判斷化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向，外界條件對化學(xué)平衡的影響以及有關(guān)化學(xué)計(jì)算，試題較靈活，綜合性強(qiáng)，難度較大．