Question

15．含硫化合物是自然界中最為重要的自然資源之一，在生產(chǎn)生活中應用非常廣泛．
（1）燃煤煙氣的脫硫（除SO₂）技術和脫硝（除NO_x）技術是環(huán)境科學研究的熱點．以下是用硫和氮的氧化物之間的相互轉化聯(lián)合進行的脫硫和脫硝技術反應的熱化學方程式．
NO₂（g）+SO₂（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）+NO（g）△H=a kJ•mol^-1
2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=b kJ•mol^-1
①反應2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（l）=2H₂SO₄（l）的△H=2a+bkJ•mol^-1（用含a、b的代數(shù)式表示）．
②將SO₂通入硫酸鐵溶液也能發(fā)生類似的反應．請寫出該反應的離子方程式SO₂+2Fe³⁺+2H₂O=SO₄^2-+2Fe²⁺+4H⁺．
（2）MnSO₄是最重要的基礎錳鹽．工業(yè)上，生產(chǎn)MnSO₄的方法有多種．
①一種較為環(huán)保的方法是：利用纖維素水解產(chǎn)物還原軟錳礦的方法生產(chǎn)MnSO₄，其反應方程式如下：（C₆H₁₀O₅）_n+n H₂SO₄→n（C₆H₁₁O₅）HSO₄
n（C₆H₁₁O₅）HSO₄+n H₂O→n C₆H₁₂O₆+n H₂SO₄
C₆H₁₂O₆+12H₂SO₄+12MnO₂→12MnSO₄+6CO₂↑+18H₂O
從理論上講，每生產(chǎn)1噸MnSO₄需要的纖維素的質量為0.09t．
②軟錳礦中都含有一定量的砷的化合物，如果不除砷很難達到飼料級的生產(chǎn)標準．工業(yè)上常用氧化劑來除去其中的砷．可以除去砷的氧化劑有：ClO^-、KMnO₄、（NH₄）₂S₂O₈、O₃、H₂O₂等，但在實際生產(chǎn)中，選用的氧化劑是軟錳礦，可能的原因是降低成本，不增加新的雜質．
③在生產(chǎn)MnSO₄的浸出渣中常會產(chǎn)生一些硫磺，可以利用四氯乙烯來回收硫磺，回收硫磺過程中受外界影響較大的因素主要有：萃取溫度、液固比等．下圖1是上述3種因素對萃取硫磺質量影響的關系圖．
 
請根據(jù)以上圖表信息，選擇最佳的萃取溫度和液固比80℃、4：1．
（3）有人設想用電化學法將SO₂轉化為H₂SO₄的原理如圖2所示．
①該電解質溶液中質子的流向是從負極流向正極；（填“從正極流向負極”或“從負極流向正極”）
②寫出該電池負極反應的電極反應方程式：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺．

Answer 1

分析 （1）①已知：①NO₂（g）+SO₂（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）+NO（g）△H=a kJ•mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=b kJ•mol^-1
由蓋斯定律可知，方程式①×2+②可得2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（l）=2H₂SO₄（l），據(jù)此計算；
②鐵離子具有氧化性能把二氧化硫氧化為硫酸根離子；
（2）①根據(jù)方程式中物質之間的關系計算；
②除雜質不能引入新的雜質，工業(yè)生產(chǎn)還有考慮成本；
③根據(jù)題中所給的圖象分析；
（3）①原電池中陽離子向正極移動；
②負極上二氧化硫失電子生成硫酸根離子．

解答 解：（1）①已知：①NO₂（g）+SO₂（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）+NO（g）△H=a kJ•mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=b kJ•mol^-1
由蓋斯定律可知，方程式①×2+②可得2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（l）=2H₂SO₄（l），△H=2a+b kJ•mol^-1，
故答案為：2a+b；
②鐵離子具有氧化性能把二氧化硫氧化為硫酸根離子，則SO₂通入硫酸鐵溶液反應的離子方程式為SO₂+2Fe³⁺+2H₂O=SO₄^2-+2Fe²⁺+4H⁺；
故答案為：SO₂+2Fe³⁺+2H₂O=SO₄^2-+2Fe²⁺+4H⁺；
（2）①已知：（C₆H₁₀O₅）_n+n H₂SO₄→n（C₆H₁₁O₅）HSO₄
n（C₆H₁₁O₅）HSO₄+n H₂O→n C₆H₁₂O₆+n H₂SO₄
C₆H₁₂O₆+12H₂SO₄+12MnO₂→12MnSO₄+6CO₂↑+18H₂O
則（C₆H₁₀O₅）_n～～n（C₆H₁₁O₅）HSO₄～～n C₆H₁₂O₆～～12n MnSO₄
    162n                                          1812n
     xt                                             1t
解得x=0.09t；
故答案為：0.09t；
②除雜質不能引入新的雜質，所以不能選用ClO^-、KMnO₄、（NH₄）₂S₂O₈，工業(yè)生產(chǎn)還有考慮成本，選擇軟錳礦作氧化劑可以降低生成成本；
故答案為：降低成本，不增加新的雜質；
③由題中所給的圖象可知，在80℃和液固比為4：1時，硫磺的萃取質量較大；
故答案為：80℃、4：1；
（3）①二氧化硫和氧氣形成原電池，二氧化硫失電子為負極，氧氣得電子為正極，溶液中陽離子向正極移動，所以電解質溶液中質子的流向是從負極流向正極；
故答案為：從負極流向正極；
②負極上二氧化硫失電子生成硫酸根離子，則負極電極方程式為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；
故答案為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺．

點評 本題考查了蓋斯定律的應用、氧化還原反應和離子方程式的書寫、有關方程式的計算原電池原理的應用，題目涉及的知識點較多，側重于考查學生對基礎知識的應用能力和計算能力，題目難度中等，注意對有關知識的掌握以及歸納整理．