Question

18．SO₂的含量是空氣質(zhì)量日?qǐng)?bào)中一項(xiàng)重要檢測(cè)指標(biāo)，請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)回答下列問題．
（1）工業(yè)制硫酸過程中，SO₂催化氧化的原理為：2SO₂（g）+O₂（g）$\frac{\underline{催化劑}}{△}$2SO₃（g）
T℃時(shí)，向某密閉容器中充入一定SO₂（g）和O₂（g），發(fā)生上述反應(yīng)，測(cè)得SO₂（g）的平衡轉(zhuǎn)化率（a）與體系總壓強(qiáng)（p）的關(guān)系如圖1所示．
①a、b兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)K（a）=K（b）（填“＞”、“＜”或“=”，下同），SO₂濃度c（a）＞c（b）．
②c點(diǎn)時(shí)，反應(yīng)速率v（正）＜v（逆）．

（2）電化學(xué)法處理SO₂．
硫酸工業(yè)尾氣中的SO₂經(jīng)分離后，可用于制備硫酸，同時(shí)獲得電能，裝置如圖2所示（電極均為惰性材料）：
①M(fèi)極發(fā)生的電極反應(yīng)式為SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-．
②若使該裝置的電流強(qiáng)度達(dá)到2.0A，理論上每分鐘應(yīng)向負(fù)極通入標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體的體積為0.0139L（已知：1個(gè)e^-所帶電量為1.6×10^-19C）．
（3）溶液法處理SO₂．
已知常溫下H₂SO₃和H₂CO₃的電離常數(shù)如下表所示：

電離常數(shù) 酸	K1	K2
H2SO3	1.3×10-2	6.3×10-8
H2CO3	4.2×10-7	5.6×10-11

常溫下，將SO₂緩慢通入100mL 0.2mol•L^-1的Na₂CO₃溶液中，當(dāng)通入448mLSO₂時(shí)（已折算為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積，下同），發(fā)生的離子方程式為SO₂+H₂O+CO₃^2-=HCO₃^-+HSO₃^-；當(dāng)通入896mLSO₂時(shí)，所得溶液呈弱酸性，溶液中各離子濃度由大到小的順序?yàn)閏（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-）．

Answer 1

分析 （1）①平衡常數(shù)隨溫度變化，溫度不變，平衡常數(shù)不變；根據(jù)圖象可知壓強(qiáng)越大SO₂（g）的平衡轉(zhuǎn)化率（a）越大，據(jù)此分析；
②根據(jù)圖象可知c點(diǎn)在平衡點(diǎn)上方，所以要達(dá)到平衡要向下移動(dòng)，據(jù)此分析；
（2）①該裝置是原電池，反應(yīng)原理為二氧化硫、氧氣和水反應(yīng)生成硫酸，負(fù)極上的物質(zhì)失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上的物質(zhì)得電子發(fā)生還原反應(yīng)，據(jù)此分析M極發(fā)生的電極反應(yīng)式；
②根據(jù)Q=It和N=$\frac{Q}{e}$結(jié)合SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-計(jì)算；
（3）將當(dāng)通入448mL即$\frac{0.448}{22.4}$=0.02molSO₂緩慢通入100mL 0.2mol•L^-1即0.1×0.2=0.02mol的Na₂CO₃溶液中時(shí)，則按1：1反應(yīng)書寫離子方程式；當(dāng)通入896mL即$\frac{0.896}{22.4}$=0.04molSO₂時(shí)，則按2：1反應(yīng)生成亞硫酸鈉、水和二氧化碳，據(jù)此判斷溶液中各離子濃度由大到小的順序．

解答 解：（1）①平衡常數(shù)隨溫度變化，溫度不變，平衡常數(shù)不變，所以K（a）=K（b），由圖象可知壓強(qiáng)越大SO₂（g）的平衡轉(zhuǎn)化率（a）越大，所以b點(diǎn)SO₂（g）的平衡轉(zhuǎn)化率比a點(diǎn)大，則SO₂濃度c（a）＞c（b），故答案為：=，＞；
②根據(jù)圖象可知c點(diǎn)在平衡點(diǎn)上方，所以要達(dá)到平衡要向下移動(dòng)即減小SO₂（g）的平衡轉(zhuǎn)化率即逆向移動(dòng)，則v（正）＜v（逆），故答案為：＜；
（2）①該裝置是原電池，反應(yīng)原理為二氧化硫、氧氣和水反應(yīng)生成硫酸，通入氧氣的N電極是正極，原電池放電時(shí)，氫離子由負(fù)極移向正極，正極上氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水，電極反應(yīng)式為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，負(fù)極M上，二氧化硫失電子和水反應(yīng)生成硫酸，電極反應(yīng)式為：SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-，故答案為：SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-；
②根據(jù)Q=It=2A×60s=120C，N=$\frac{Q}{e}$=$\frac{120}{1.6×10{\;}^{-19}}$=7.5×10²⁰個(gè)，
由SO₂～～～～2e^-
22.4 2×6.02×10²³
V 7.5×10²⁰
V=$\frac{22.4×7.5×10{\;}^{20}}{2×6.02×10{\;}^{23}}$=0.0139L，
故答案為：0.0139；
（3）將當(dāng)通入448mL即$\frac{0.448}{22.4}$=0.02molSO₂緩慢通入100mL 0.2mol•L^-1即0.1×0.2=0.02mol的Na₂CO₃溶液中時(shí)，則按1：1反應(yīng)生成亞硫酸氫鈉和碳酸氫鈉，離子方程式為：SO₂+H₂O+CO₃^2-=HCO₃^-+HSO₃^-；當(dāng)通入896mL即$\frac{0.896}{22.4}$=0.04molSO₂時(shí)，則按2：1反應(yīng)生成亞硫酸鈉、水和二氧化碳，則所得溶液即為亞硫酸鈉溶液，電離大于水解顯酸性，所以溶液中各離子濃度由大到小的順序?yàn)椋篶（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-），故答案為：SO₂+H₂O+CO₃^2-=HCO₃^-+HSO₃^-；c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-）．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合性較大，涉及化學(xué)平衡常數(shù)、化學(xué)平衡影響因素以及電化學(xué)知識(shí)等，為高考常見題型，側(cè)重于學(xué)生的分析、計(jì)算能力的考查，難度較大．