Question

【题目】“绿水青山就是金山银山”。研究含氮和含硫化合物的性质在工业生产和环境保护中有重要意义。

（1）制备硫酸可以有如下两种途径：

2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)ΔH=－198 kJ· mol－1

SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g)　ΔH=－41.8 kJ· mol－1

若CO的标准燃烧热为 283 kJ· mol－1，则1 mol NO2和1 mol CO反应生成CO2和NO的能量变化示意图中E2=________kJ· mol－1。

（2）已知某温度下，H2SO3的电离常数为K1≈1.5×10－2，K2≈1.0×10－7，用NaOH溶液吸收SO2。当溶液中HSO3－、SO32－离子浓度相等时，溶液的pH约为_______________。

（3）连二亚硫酸钠(Na2S2O4)具有强还原性，废水处理时可在弱酸性条件下加入亚硫酸氢钠电解产生连二亚硫酸根，进而将废水中的HNO2还原成无害气体排放，连二亚硫酸根氧化为原料循环电解。产生连二亚硫酸根的电极反应式为________________，连二亚硫酸根与HNO2（HNO2的电离常数为Ka=5.1×10－4）反应的离子方程式为________________________________。

（4）锅炉烟道气含CO、SO2，可通过如下反应回收硫：2CO(g)+SO2(g)S(l)+2CO2(g)。某温度下在2 L恒容密闭容器中通入2 mol SO2和一定量的CO发生反应，5 min后达到平衡，生成1 mol CO2。

①其他条件不变时，随着温度的升高，SO2的平衡转化率变化如图A，请解释其原因________________________________。（已知硫的沸点约是445°C）

②保持其他条件不变，第8分钟时，将容器体积迅速压缩至1 L，在10分钟时达到平衡，CO的物质的量变化了1 mol。请在图B中画出SO2浓度6～11分钟的变化曲线。______

Answer 1

【答案】359.8 7 2HSO3-+2e-+2H+S2O42-+2H2O 3S2O42-+2HNO2+2H2O6HSO3-+N2↑ 正反应放热，温度升高平衡逆向移动，SO2平衡转化率降低；温度高于445 ℃后硫变成气态，正反应吸热，温度升高平衡正向移动，SO2平衡转化率升高。

【解析】

（1）①2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g)，②SO2(g)+NO2(g)=SO3(g)+NO(g)，③CO(g)＋1/2O2(g)=CO2(g) △H=－283kJ·mol－1，NO2与CO反应的方程式为NO2＋CO=CO2＋NO，因此有②－①/2＋③得出：NO2(g)＋CO(g)=CO2(g)＋NO(g) △H=(－41.8kJ·mol－1＋198/2kJ·mol－1－283kJ·mol－1)=－225.8kJ·mol－1，△H=E1－E2=134kJ·mol－1－E2=－225.8kJ·mol－1，即E2=359.8kJ·mol－1；

（2）用NaOH溶液吸收SO2，当溶液中HSO3－、SO32－浓度相等，K2==c(H＋)=1.0×10－7，即该溶液的pH=7；

（3）在弱酸性条件下加入亚硫酸氢钠电解产生连二亚硫酸根，S的化合价由＋4价→＋3价，即在阴极上产生连二亚硫酸根，电极反应式为2HSO3－＋2e－＋2H＋=S2O42－＋2H2O；废水中HNO2被还原成无害气体，即HNO2为氧化剂，被还原成N2，根据HNO2的电离常数，以及H2SO3的电离平衡常数，推出HNO2电离出H＋能力大于HSO3－，因此离子方程式为3S2O42－＋2HNO2＋2H2O=6HSO3－＋N2↑；

（4）①已知硫的沸点为445℃，445℃之前S为液态，随着温度升高，SO2的平衡转化率降低，根据勒夏特列原理，说明低于445℃时，该反应为放热反应，高于445℃时，硫为气体，随着温度升高，SO2的平衡转化率增大，根据勒夏特列原理，说明高于445℃，该反应为吸热反应，SO2的平衡转化率变化如图A，其原因是正反应放热，温度升高平衡逆向移动，SO2平衡转化率降低；温度高于445 ℃后硫变成气态，正反应吸热，温度升高平衡正向移动，SO2平衡转化率升高；

（6）5min达到平衡，此时c(SO2)=(2mol－1/2mol)/2mol·L－1=0.75mol·L－1，将容器体积迅速压缩至1L，此时c(SO2)=1.50mol·L－1，压缩气体，压强增大，平衡向正反应方向进行，c(SO2)减少，10min达到平衡时CO物质的量变化了1mol，消耗SO2物质的量为0.5mol，即达到平衡时c(SO2)=1mol·L－1，图像为；