题目内容
【题目】“雾霾”成为人们越来越关心的环境问题.雾霾中含有二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物等污染性物质.请回答下列问题:
(1)某研究小组用NaOH溶液吸收尾气中的二氧化硫,将得到的Na2SO3溶液进行电解,其中阴阳膜组合电解装置如图所示,电极材料为石墨.
①a表示____离子交换膜(填“阴”或“阳”).A﹣E分别代表生产中的原料或产品.其中C为硫酸,则A表示______.E表示_______.
②阳极的电极反应式为___________________________________.
(2)Na2SO3溶液吸收SO2的过程中,pH随n(SO32﹣):n(HSO3﹣)变化关系如下表:
n(SO3﹣):n(HSO3﹣) | 99:1 | 1:1 | 1:99 |
pH | 8.2 | 7.2 | 6.2 |
①Na2SO3溶液显______性,理由(请用离子方程式表示)_______________________
②当吸收液呈中性时,溶液中离子浓度关系正确的是(选填字母): ____
a.c(Na+)=2c(SO32-)+c(HSO3-),
b.c(Na+)> c(HSO3-)> c(SO32-)>c(H+)=c(OH-)
c.c(Na+)+c(H+)= c(SO32-)+ c(HSO3-)+c(OH-)
(3)SO2经过净化后与空气混合进行催化氧化可制取硫酸,其中SO2发生催化氧化的反应为:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g).若在T1℃、0.1MPa条件下,往一密闭容器通入SO2和O2(其中n(SO2):n(O2)=2:1),测得容器内总压强与反应时间如图所示.
①图中A点时,SO2的转化率为________.
②在其他条件不变的情况下,测得T2℃时压强的变化曲线如图所示,C点的正反应速率vc(正)与A点的逆反应速率vA (逆)的大小关系为vc(正)_____vA (逆)(填“>”、“<”或“=”)
③图中B点的压强平衡常数kp=__________(用平衡分压代替平衡浓度计算.分压=总压×物质的量分数).
【答案】 阳 NaOH溶液 氢气 SO32﹣﹣2e﹣+H2O=2H++SO42﹣ 碱性 SO32-+H2O HSO3-+OH- ab 45% > 24300(MPa)-1
【解析】(1)试题分析:由图并结合题中信息可知,电极材料为石墨、阴阳膜组合电解Na2SO3溶液时,右室为阳极室,阳极室有硫酸生成,故阳极上发生SO32﹣﹣2e﹣+H2O=2H++SO42﹣,溶液变为酸性;左室为阴极实验室,阴极上发生2H++2e﹣=H2↑,水电离的氢离子放电,溶液变为碱性,钠离子需要向阴移动、SO32﹣需要向阳极移动,所以a为阳离子交换膜、b为阴离子交换膜。①a表示阳离子交换膜.A﹣E分别代表生产中的原料或产品.其中C为硫酸,则A表示NaOH溶液.E表示氢气.②阳极的电极反应式为SO32﹣﹣2e﹣+H2O=2H++SO42﹣.
(2)试题分析:由表中信息可知,当溶液中SO3﹣含量较多时,溶液显碱性,当HSO3﹣含量较多时,溶液显酸性,故的电离程度大于其水解程度。①Na2SO3溶液显碱性,因为水解使溶液呈碱性,其离子方程式为SO32-+H2O HSO3-+OH-;②由表中数据可知,当n(SO3﹣)=n(HSO3﹣)时,pH=7.2,因此,当吸收液呈中性时,c(Na+)> c(HSO3-)> c(SO32-)>c(H+)=c(OH-),由电荷守恒可知,c(Na+)=2c(SO32-)+c(HSO3-)。所以,溶液中离子浓度关系正确的是ab 。
(3)试题分析: SO2发生催化氧化的反应为2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g).若在T1℃、0.1MPa条件下,往一密闭容器通入SO2和O2(其中n(SO2):n(O2)=2:1),假设n(SO2)=2x mol、n(O2)=x mol,反应物转化率为
(反应物按化学计量数之比投料时,反应物的转化率相同),则SO2、O2、SO3的变化量分别为2x
mol、x
mol、、2x
mol,SO2、O2、SO3的平衡量分别为2x
mol、x
mol、2x
mol。在反应前后压强之比等于气体的物质的量之比,所以,A点有
,解之得,
.
①图中A点时,SO2的转化率为45%.
②在其他条件不变的情况下,测得T2℃时压强的变化曲线如图所示,由图像可知,在T2℃反应到达平衡所用的时间较少,故T1<T2,温度越高,化学反应速率越快,C点为T2℃平衡状态、A点为T1℃正在向正反应方向进行的非平衡状态,所以,C点的正反应速率vc(正)与A点的逆反应速率vA(逆)的大小关系为vc(正)>vA (逆)。
③由图中信息可知,B点的总圧为0.07MPa,则,解之得
,
则SO2、O2、SO3的平衡量分别为0.2x mol、0.1x mol、1.8x mol,SO2、O2、SO3的物质的量分数分别为、
、
,SO2、O2、SO3的平衡分压分别为
、
、
,所以该反应的压强平衡常数kp=
24300(MPa)-1.
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