Question

【题目】目前处理烟气中的SO2有三种方法：液吸法、还原法、电化学法。

I.液吸法

25℃，Kb(NH3·H2O)=1.8×10－5；H2SO3：Ka1=1.5×10－2，Ka2=1.0×10－7；Ksp(CaSO4)=7.1×10－5

第1步：用过量浓氨水吸收SO2，并在空气中氧化。

第2步：加入石灰水，发生反应Ca2++2OH－+2NH4++SO42－CaSO4↓+2NH3·H2O。

(1)25℃，(NH4)2SO3溶液呈___________(填“酸性”、“碱性”、“中性”)

(2)通过计算第2步反应的K判断第2步反应___________(填“能”或“不能”)进行完全。(一般认为K>105时反应就进行完全了。)

Ⅱ.还原法

已知：①2CO(g)+SO2(g)S(l)+2CO2(g) △H1=－37.0kJ·mo1－1

②2H2(g)+SO2(g)S(1)+2H2O(g) △H2=+45.0kJ·mo1－1

③2CO(g)+O2(g)==2CO2(g) △H3=－566.0 kJ·mol－1

④2H2(g)+O2(g)==2H2O(g) △H4=－484.0kJ·mo1－1

(1)写出液态硫(S)燃烧的热化学方程式_________________________________。

(2)一定压强下，反应①SO2的平衡转化率[α(SO2)]与投料比的比值温度(T)的关系如图所示。

则CO的平衡转化率：N___________M(填“＞”、“＜”、“=”，下同)；逆反应速率：N___________P。

Ⅲ.电化学法

(1)原电池法：写出SO2、O2和稀H2SO4所构成的原电池的负极反应式___________。

(2)电解法：先用Na2SO4溶液吸收烟气中的SO2，再用离子膜电解法电解吸收液得到单质硫，同时在阳极得到副产物氧气，装置如下图所示。

①b为电源的___________(填“正极”或“负极”)。

②用Na2SO4溶液代替水吸收烟气中的SO2，目的是______________________。

③若电解一段时间后通过质子交换膜的离子数为1.204×1024个，则通过处理烟气理论上能得到硫___________Kg。

Answer 1

【答案】碱性 能 -529.0 kJ·mol－1 > < 正极 增强溶液导电能力，加快电解速率 16

【解析】

I. (1) 根据Kb(NH3·H2O)=1.8×10－5、H2SO3的Ka2=1.0×10－7分析25℃，(NH4)2SO3溶液的酸碱性；(2) ；Ⅱ. (1)根据盖斯定律计算液态硫(S)燃烧的焓变；(2)相同温度下，越大，α(SO2)越大，根据图示可知；温度越高反应速率越快；Ⅲ. (1) SO2中的S是+4价,反应时升高到+6价,所以发生氧化反应,是原电池的负极；（2）①用离子膜电解法电解吸收液得到单质硫，硫元素化合价降低发生还原反应，在电解池的阴极，同时溶液中氢氧根离子在阳极失电子生成氧气，由于铜是活泼电极，所以铜电极做阴极，铂棒做阳极，电源正极连接阳极，电源负极接阴极；②从溶液导电能力和电解原理分析；③阴极是二氧化硫在酸性溶液中得到电子生成单质硫，通过质子交换膜的离子数与转移电子数相等。

I. (1) Kb(NH3·H2O)=1.8×10－5大于H2SO3的Ka2=1.0×10－7，所以NH4+的水解程度小于SO32－，所以25℃，(NH4)2SO3溶液的显碱性；(2)

所以第2步反应能完全进行。

Ⅱ. (1)②2H2(g)+SO2(g)S(1)+2H2O(g) △H2=+45.0kJ·mo1－1

④2H2(g)+O2(g)==2H2O(g) △H4=－484.0kJ·mo1－1

根据盖斯定律，④-②得液态硫(S)燃烧的热化学方程式 -529.0 kJ·mol－1；(2)相同温度下，越大，α(SO2)越大，根据图示可知，M、N点α(SO2)相等，M点CO的投放大于N，所以CO的平衡转化率：N>M；温度越高反应速率越快，P点的温度大于N，所以逆反应速率：N<P。；Ⅲ. (1) SO2、O2和稀H2SO4所构成的原电池，SO2在负极失电子生成SO42－，负极反应式是；（2）①用离子膜电解法电解吸收液得到单质硫，硫元素化合价降低发生还原反应，该反应在电解池的阴极发生，同时溶液中氢氧根离子在阳极失电子生成氧气，由于铜是活泼电极，所以铜电极做阴极，铂棒做阳极，电源正极连接阳极，电源负极连接阴极，故b是电源正极；②Na2SO4溶液代替水吸收烟气中的SO2，电解过程中可以增强溶液导电能力，加快电解速率；③阴极是二氧化硫在酸性溶液中得到电子生成单质硫，电极反应为：SO2+4H++4e-═S+2H2O；通过质子交换膜的离子数为1.204×1024个，其物质的量为2mol，依据电极反应中定量关系计算，每通过4mol氢离子，生成硫单质1mol，则通过2mol氢离子可生成硫单质0.5mol，质量为0.5mol×32g/mol=16g。