Question

9．SO₂的含量是空气质量日报中一项重要检测指标，请结合所学知识回答下列问题．
（1）工业制硫酸过程中，SO₂催化氧化的原理为：
2SO₂（g）+O₂（g）$?_{△}^{催化剂}$2SO₃（g）
T℃时，向某密闭容器中充入一定SO₂（g）和O₂（g），发生上述反应，测得SO₂（g）的平衡转化率（a）与体系总压强（p）的关系如图1所示．

①a、b两点对应的平衡常数K（a）=K（b）（填“＞”、“＜”或“=”，下同），SO₂浓度c（a）＞c（b）．
②c点时，反应速率v_（正）＜v_（逆）．
（2）电化学法处理SO₂．
硫酸工业尾气中的SO₂经分离后，可用于制备硫酸，同时获得电能，装置如图2所示（电极均为惰性材料）：
①M极发生的电极反应式为SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-．
②若使该装置的电流强度达到2.0A，理论上每分钟应向负极通入标准状况下气体的体积为0.014L（已知：1个e^-所带电量为1.6×10^-19C）．
（3）溶液法处理SO₂．
已知常温下H₂SO₃和H₂CO₃的电离常数如表所示：

电离常数 酸	K1	K2
H2SO3	1.3×10-2	6.3×10-8
H2CO3	4.2×10-7	5.6×10-11

常温下，将SO₂缓慢通入100mL 0.2mol•L^-1的Na₂CO₃溶液中，当通入448mLSO₂时（已折算为标准状况下的体积，下同），发生的离子方程式为SO₂+H₂O+CO₃^2-=HCO₃^-+HSO₃^-；当通入896mLSO₂时，所得溶液呈弱酸性，溶液中各离子浓度由大到小的顺序为c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-）．

Answer 1

分析 （1）①平衡常数随温度变化，温度不变，平衡常数不变；根据图象可知压强越大SO₂（g）的平衡转化率（a）越大；
②根据图象可知c点在平衡点上方，所以要达到平衡要向下移动；
（2）①该装置是原电池，反应原理为二氧化硫、氧气和水反应生成硫酸，负极上的物质失电子发生氧化反应，正极上的物质得电子发生还原反应，据此分析M极发生的电极反应式；
②根据Q=It和N=$\frac{Q}{e}$结合SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-计算；
（3）将当通入448mL即$\frac{0.448}{22.4}$=0.02molSO₂缓慢通入100mL 0.2mol•L^-1即0.1×0.2=0.02mol的Na₂CO₃溶液中时，则按1：1反应书写离子方程式；当通入896mL即$\frac{0.896}{22.4}$=0.04molSO₂时，则按2：1反应生成亚硫酸钠、水和二氧化碳，据此判断溶液中各离子浓度由大到小的顺序．

解答 解：（1）①平衡常数随温度变化，温度不变，平衡常数不变，所以K（a）=K（b），由图象可知压强越大SO₂（g）的平衡转化率（a）越大，所以b点SO₂（g）的平衡转化率比a点大，则SO₂浓度c（a）＞c（b），
故答案为：=；＞；
②根据图象可知c点在平衡点上方，所以要达到平衡要向下移动即减小SO₂（g）的平衡转化率即逆向移动，则v（正）＜v（逆），
故答案为：＜；
（2）①该装置是原电池，反应原理为二氧化硫、氧气和水反应生成硫酸，通入氧气的N电极是正极，原电池放电时，氢离子由负极移向正极，正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，电极反应式为：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，负极M上，二氧化硫失电子和水反应生成硫酸，电极反应式为：SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-，
故答案为：SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-；
②根据Q=It=2A×60s=120C，N=$\frac{Q}{e}$=$\frac{120}{1.6×1{0}^{-19}}$=7.5×10²⁰个，
由SO₂～～～～2e^-
22.4   2×6.02×10²³
V      7.5×10²⁰
V=$\frac{22.4×7.5×1{0}^{20}}{2×6.02×1{0}^{23}}$≈0.014L，
故答案为：0.014；
（3）将当通入448mL即$\frac{0.448}{22.4}$=0.02molSO₂缓慢通入100mL 0.2mol•L^-1即0.1×0.2=0.02mol的Na₂CO₃溶液中时，则按1：1反应生成亚硫酸氢钠和碳酸氢钠，离子方程式为：SO₂+H₂O+CO₃^2-=HCO₃^-+HSO₃^-；当通入896mL即$\frac{0.896}{22.4}$=0.04molSO₂时，则按2：1反应生成亚硫酸钠、水和二氧化碳，则所得溶液即为亚硫酸钠溶液，电离大于水解显酸性，所以溶液中各离子浓度由大到小的顺序为：c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-），
故答案为：SO₂+H₂O+CO₃^2-=HCO₃^-+HSO₃^-；c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-）．

点评 本题综合性较大，涉及化学平衡常数、化学平衡影响因素以及电化学知识等，为高考常见题型，侧重于学生的分析、计算能力的考查，难度较大．