Question

17．煤炭是我國的主要能源之一，與之伴生的二氧化硫（SO₂）和酸雨污染問題較為突出，目前我國采用的控制方法是電廠煙氣脫硫．煙氣脫硫的原理是利用堿性物質吸收并固定酸性的二氧化硫，主要有如下兩種方法：
Ⅰ．鈉堿循環(huán)法脫硫技術
（1）此法是利用Na₂SO₃溶液可脫除煙氣中的SO₂．Na₂SO₃可由NaOH溶液吸收SO₂制得，該反應的離子方程式：2OH^-+SO₂═SO₃^2-+H₂O．
（2）NaOH溶液吸收SO₂的過程中，pH隨n（SO₃^2-）：n（HSO₃^-）變化關系如表：

n（SO32-）：n（HSO3-）	91：9	1：1	9：91
pH	8.2	7.2	6.2

①由表判斷，NaHSO₃溶液顯酸性，用化學平衡原理解釋：溶液中存在HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-，HSO₃^-+H₂O?H₂SO₃+OH^-，顯酸性是因其電離大于其水解．
②當溶液呈中性時，離子濃度關系正確的是BC（填標號）．
A．c（Na⁺）=c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（H₂SO₃）
B．c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）＞c（H^-）=c（OH^-）
C．c（Na⁺）=2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）
Ⅱ．石灰石脫硫法
此法是以石灰石為原料通過系列反應將硫元素以CaSO₄的形式固定，從而降低SO₂的排放．但是煤炭燃燒過程中產(chǎn)生的CO又會與CaSO₄發(fā)生化學反應，降低脫硫效率，相關反應的熱化學方程式如下：
CaSO₄（s）+CO（g）═CaO（s）+SO₂（g）+CO₂（g）△H₁=218.4kJ•mol^-1（反應Ⅰ）
CaSO₄（s）+4CO（g）═CaS（s）+4CO₂（g）△H₂=-175.6kJ•mol^-1 （反應Ⅱ）
請回答下列問題：
（1）結合反應Ⅰ、Ⅱ寫出CaSO₄（s）與CaS（s）反應的熱化學方程式3CaSO₄ （s）+CaS（s）=4CaO（s）+4SO₂ （g）△H=1049.2kJ•mol^-1．
（2）對于氣體參與的反應，表示平衡常數(shù) Kp時用氣體組分（B）的平衡壓強p（B）代替該氣體物質的量濃度c（B），則反應Ⅰ的Kp=$\frac{P（C{O}_{2}）P（S{O}_{2}）}{P（CO）}$（用表達式表示）．
（3）假設某溫度下，反應Ⅰ的速率（v₁）小于反應Ⅱ的速率（v₂），則下列反應過程能量變化示意圖（如圖1所示）其中正確的是B（填標號）．
（4）圖2為實驗測得不同溫度下反應體系中CO初始體積百分數(shù)與平衡時固體產(chǎn)物中CaS質量百分數(shù)的關系曲線，則降低該反應體系中產(chǎn)生的SO₂生成量的措施有AB（填標號）．

A．向該反應體系中投入生石灰     B．在合適的溫度區(qū)間內(nèi)控制較低的反應溫度
C．降低CO的初始體積百分數(shù)     D．提高反應體系的溫度．

Answer 1

分析 Ⅰ、（1）二氧化硫與氫氧化鈉反應生成亞硫酸鈉和水；
（2）①由表格中的數(shù)據(jù)可知，HSO₃^-越多，酸性越強，則電離生成氫離子；
②吸收液呈中性時，溶質為亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉，電離與水解的程度相等，結合電荷守恒解答；
Ⅱ、（1）根據(jù)蓋斯定律結合已知方程式進行解答，反應熱與化學計量數(shù)成正比；
（2）表示平衡常數(shù)Kp時用氣體組分（B）的平衡壓強p（B）代替該氣體物質的量的濃度c（B），可根據(jù)平衡常數(shù)的表達式書寫，平衡常數(shù)等于氣體生成物濃度冪之積除以氣體反應物濃度冪之積；
（3）反應Ⅰ為吸熱反應，反應Ⅱ為放熱反應，結合反應物與生成物總能量大小之間的關系判斷；
（4）由反應Ⅰ可知生成二氧化硫的反應為吸熱反應，則低溫下不利于生成二氧化硫．

解答 解：Ⅰ、（1）二氧化硫與氫氧化鈉反應的離子方程式：2OH^-+SO₂═SO₃^2-+H₂O，
故答案為：2OH^-+SO₂═SO₃^2-+H₂O；
（2）①由表格中的數(shù)據(jù)可知，溶液呈酸性，HSO₃^-越多，酸性越強，是因為溶液中存在：HSO₃?SO₃^2-+H⁺； HSO₃^-+H₂O?H₂SO₃+OH^-電離程度大于水解程度，溶液顯酸性，
故答案為：酸；溶液中存在HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-，HSO₃^-+H₂O?H₂SO₃+OH^-，顯酸性是因其電離大于其水解；
②吸收液呈中性時，溶質為亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉，電離與水解的程度相等，
A．由電荷守恒可知，c（H⁺）+c（Na⁺）═2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（OH^-），中性溶液則c（H⁺）═c（OH^-），則c（Na⁺）═2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-），c（SO₃^2-）≠c（H₂SO₃），故A錯誤；
B．SO₃^2-+H₂O?HSO₃^-+OH^-，HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-，亞硫酸兩步水解，則離子濃度為c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）＞c（H⁺）=c（OH^-），故B正確；
C．由電荷守恒可知，c（H⁺）+c（Na⁺）═2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（OH^-），中性溶液則c（H⁺）═c（OH^-），則c（Na⁺）═2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-），故C正確；
故答案為：BC；
Ⅱ、（1）CaSO₄ （s）+CO （g）?CaO（s）+SO₂ （g）+CO₂ （g）△H=218.4kJ•mol^-1（反應Ⅰ）
CaSO₄（s）+4CO（g）?CaS（s）+4CO₂（g）△H₂=-175.6kJ•mol^-1 （反應Ⅱ）根據(jù)蓋斯定律將反應Ⅰ×4-反應Ⅱ）得：3CaSO₄ （s）+CaS（s）=4CaO（s）+4SO₂ （g）△H=1049.2kJ•mol^-1，
故答案為：3CaSO₄ （s）+CaS（s）=4CaO（s）+4SO₂ （g）△H=1049.2kJ•mol^-1；
（2）由題意可知，平衡常數(shù)等于氣體生成物二氧化硫、二氧化碳濃度冪之積除以氣體反應物一氧化氮濃度冪之積，所以反應Ⅰ的Kp=$\frac{P（C{O}_{2}）P（S{O}_{2}）}{P（CO）}$，
故答案為：$\frac{P（C{O}_{2}）P（S{O}_{2}）}{P（CO）}$；
（3）反應Ⅰ為吸熱反應，反應Ⅱ為放熱反應，則A、D錯誤；反應Ⅰ的速率（v₁）小于反應Ⅱ的速率（v₂），則反應Ⅱ的活化能較小，則C錯誤、B正確，
故答案為：B；
（4）A．向該反應體系中投入生灰石，可使更多的二氧化硫轉化為硫酸鈣，減少二氧化硫的排放，故A正確；
B．由反應Ⅰ可知生成二氧化硫的反應為吸熱反應，則低溫下不利于生成二氧化硫，則應在合適的溫度區(qū)間內(nèi)控制較低的反應溫度，故B正確；
C．由圖象可知，降低CO的初始體積百分數(shù)，減小CaS的質量分數(shù)，增加二氧化硫的排放，故C錯誤；
D．提高反應體系的溫度，不利于二氧化硫的減少，故D錯誤；
故答案為：AB．

點評 本題考查了水解原理、離子濃度定性比較，蓋斯定律計算、化學反應速率、平衡常數(shù)概念理解和計算應用，圖象分析方法等，題目難度中等，明確反應后溶質組成為解答關鍵，注意掌握電荷守恒、物料守恒及鹽的水解原理在判斷離子濃度大小中的應用方法．