Question

18．某硫酸廠用以下幾種方法處理SO₂尾氣．

（1）活性炭還原法
反應原理：恒溫恒容．2C （s）+2SO₂（g）?S₂（g）+2CO₂（g）．
反應進行到不同時間測得各物質的濃度如圖1
①第一次出現(xiàn)平衡的時間是第20min；
②0～20min反應速率表示為V（SO₂）=0.03mol/（L•min）；
③30min時，改變某一條件平衡發(fā)生移動，則改變的條件最有可能是減小CO₂的濃度；40min時，平衡常數(shù)值為0.675．
（2）亞硫酸鈉吸收法
①Na₂SO₃溶液吸收SO₂的離子方程式為SO₃^2-+SO₂+H₂O=2HSO₃^-；
②常溫下，當吸收至pH=6時，吸收液中相關離子濃度關系一定正確的是ad（填序號）
A．c（Na⁺）+c（H⁺）＞c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（OH^-）     B．c（Na⁺）=c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+C（H₂SO₃）
C．c（Na⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^一）＞c（H⁺）            D．水電離出c（OH^一）=l×l0^-8 mol/L
（3）電化學處理法
如圖2所示，左側Pt（1）電極的反應式為SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；
堿性條件下，用右側P（2）電極排出的S₂O₄^2-溶液吸收NO₂，使其轉化為N₂，同時有SO₃^2-生成．若陽極轉移電子6mol，則理論上處理NO₂氣體1.5mol．

Answer 1

分析 （1）①各組分濃度不變，反應達到平衡狀態(tài)；
②根據(jù)反應速率v=$\frac{△c}{△t}$計算；
③30min時，CO₂濃度減小，其他物質濃度不變，改變的條件是減小CO₂的濃度；根據(jù)平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）•c（{S}_{2}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）}$計算；
（2）①Na₂SO₃溶液吸收SO₂生成NaHSO₃；
②常溫下，當吸收至pH=6時，溶液呈酸性；
（3）Pt（1）電極進入SO₂，硫酸濃度增大，SO₂可知失電子，作負極；每molNO₂得電子4mol．

解答 解：（1）①從圖中可看出20min時各組分濃度不變，此時反應達到平衡，故答案為：20；
②0～20min時，SO₂濃度變化為1.0mol/L-0.4mol/L=0.6mol/L，則反應速率表示為V（SO₂）=$\frac{0.6mol/L}{20min}$=0.03mol/（L•min），故答案為：0.03mol/（L•min）；
③30min時，CO₂濃度減小，其他物質濃度不變，改變的條件是減小CO₂的濃度，40min時的平衡常數(shù)和20min時相同，20min時，SO₂（g）=0.4mol/L，S₂（g）=0.3mol/L，CO₂（g）=0.6mol/L，則平衡常數(shù)K=$\frac{0.3×0．{6}^{2}}{0．{4}^{2}}$=0.675，故答案為：減小CO₂的濃度；0.675；
（2）①Na₂SO₃溶液吸收SO₂的離子方程式為SO₃^2-+SO₂+H₂O=2HSO₃^-，故答案為：SO₃^2-+SO₂+H₂O=2HSO₃^-；
②常溫下，當吸收至pH=6時，
a．根據(jù)電荷守恒，c（Na⁺）+c（H⁺）=2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（OH^-），所以c（Na⁺）+c（H⁺）＞c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（OH^-），故a正確；
b．根據(jù)物料守恒，當溶質完全為NaHSO₃時，c（Na⁺）=c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（H₂SO₃），若還存在Na₂SO₃，則c（Na⁺）＞c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（H₂SO₃），故b錯誤；
c．pH=6，c（OH^-）＜c（H⁺），故c錯誤；
d．HSO₃^-電離程度大于水解程度，pH=6，水電離出c（OH^-）=$\frac{1×1{0}^{-14}}{1×1{0}^{-6}}$=l×l0^-8 mol/L，故d正確；
故答案為：ad；
（3）SO₂在Pt（1）電極失電子生成SO₄^2-，電極反應式為SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺，NO₂中N的化合價為+4價，轉化為0價的N₂，每molNO₂得電子4mol，若陽極轉移電子6mol，則理論上處理NO₂氣體為$\frac{6}{4}$=1.5mol．
故答案為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；1.5．

點評 本題考查反應速率計算、化學平衡計算與影響因素、離子濃度比較、電極反應式書寫、電解池有關計算等，需要學生具備扎實的基礎，側重考查學生對知識的遷移應用，難度中等．