Question

3．硫及其化合物有广泛应用．
（1）硫酸生产过程中涉及以下反应．已知25℃、l0l kPa时：
2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（l）═2H₂SO₄（l）△H=-457kJ•mol^-1
SO₃（g）+H₂O（l）═H₂SO₄（l）△H=-130kJ•mol^-1
则SO₂催化氧化反应中，每生成l mol SO₃（g）的焓变为-98.5kJ•mol^-1
（2）对于SO₃催化氧化反应：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）．
①甲图是SO₂催化氧化反应时SO₂（g）和SO₃（g）的浓度随时间的变化情况．反应从开始到达到平衡时，用O₂表示的平均反应速率为0.0375mol/（L．min）．

②在一容积可变的密闭容器中充入20molSO₂（g）和l0molO₂（g），O₂的平衡转化率随温度（T）、压强（P）的变化如图乙所示．则P₁与P₂的大小关系是P₁＜ P₂（填＞、=或＜）；A、B、C三点的平衡常数大小关系是K_A=K_B＞K_C（用K_A、K_B、K_C和＞、=、＜表示）．
（3）为研究H₂SO₄生产中SO₃催化氧化时温度对SO₂平衡转化率的影响，进行如下试验．取100L原料气（体积分数为SO₂7%、O₂ 11%、N₂82%）使之发生反应，在10l kPa下达到平衡，得到如下数据：

温度/℃	500	525	550	575	600
平衡转化率/%	93.5	90.5	85.6	80.0	73.7

根据上述数据，575℃达平衡时，SO₃的体积分数为5.8%（保留一位小数）．
（4）工业生成硫酸过程中，通常用氨水吸收尾气．
①如果相同物质的量的SO₂与NH₃溶于水，发生反应的离子方程式为SO₂+NH₃+H₂O=NH₄⁺+HSO₃^-，所得溶液中c（H⁺）-c（OH^-）=cd（填序号）．
a．c（SO₃^2-）-c（H₂SO₃）
b．c（HSO₃^-）+c（SO₃^2-）-c（NH₄⁺）
c．c（SO₃^2-）+c（NH₃•H₂O）-c（H₂SO₃） 
d．c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）-c（NH₄⁺）
②工业上用足量氨水吸收硫酸工业废气．吸收SO₂后的碱性溶液还可用于Cl₂的尾气处理，吸收Cl₂后的溶液仍呈强碱性，则吸收Cl₂后的溶液中一定存在的阴离子有OH^-和Cl^-、SO₄^2-．

Answer 1

分析 （1）已知：①．2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（l）═2H₂SO₄（l）△H=-457kJ•mol^-1
②．SO₃（g）+H₂O（l）═H₂SO₄（l）△H=-130kJ•mol^-1
根据盖斯定律，①-2×②可得：2SO₂（g）+O₂（g）═2SO₃（g）△H=-197kJ•mol^-1，进而计算每生成l mol SO₃（g）的焓变；
（2）①根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（SO₃），再利用速率之比等于化学计量数之比计算v（O₂）；
②正反应为气体体积减小的反应，增大压强，平衡向正反应方向移动，氧气的转化率增大；
平衡常数只受温度影响，与压强无关，正反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小；
（3）结合二氧化硫的转化率计算平衡时各组分的体积，进而计算SO₃的体积分数；
（4）①同物质的量的SO₂与NH₃溶于水，发生反应生成亚硫酸氢铵；
根据电荷守恒，可知：c（H⁺）+c（NH₄⁺）=c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）+c（OH^-），溶液中氢离子源于水电离、HSO₃^-的水解、NH₄⁺的水解，氢氧根离子源于水的电离、HSO₃^-的水解，由水电离得到的c_水（H⁺）与c_水（OH^-）相等，据此判断；
②吸收Cl₂后的溶液仍呈强碱性，说明有大量OH^-，氯气能将亚硫酸根氧化为硫酸根，自身被还原为氯离子．

解答 解：（1）已知：①．2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（l）═2H₂SO₄（l）△H=-457kJ•mol^-1
②．SO₃（g）+H₂O（l）═H₂SO₄（l）△H=-130kJ•mol^-1
根据盖斯定律，①-2×②可得：2SO₂（g）+O₂（g）═2SO₃（g）△H=-197kJ•mol^-1，故每生成l mol SO₃（g）的△H=（-197kJ•mol^-1）×$\frac{1}{2}$=-98.5kJ•mol^-1，
故答案为：-98.5；
（2）①v（SO₃）=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/（L．min），速率之比等于化学计量数之比，则v（O₂）=$\frac{1}{2}$v（SO₃）=$\frac{1}{2}$×0.075mol/（L．min）=0.0375mol/（L．min），
故答案为：0.0375mol/（L．min）；
②正反应为气体体积减小的反应，增大压强，平衡向正反应方向移动，氧气的转化率增大，故压强P₁＜P₂；
平衡常数只受温度影响，与压强无关，正反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，故平衡常数：K_A=K_B＞K_C，
故答案为：＜；K_A=K_B＞K_C；
（3）参加反应二氧化硫为：100L×7%×80%=5.6L，
         2SO₂（g）+O₂（g）═2SO₃（g）
开始（L）：7        11       0
转化（L）：5.6       2.8      5.6
平衡（L）：1.4       8.2      5.6
故平衡时SO₃的体积分数为$\frac{5.6L}{1.4L+8.2L+5.6L+100L×82%}$×100%≈5.8%，
故答案为：5.8；
（4）①同物质的量的SO₂与NH₃溶于水，发生反应生成亚硫酸氢铵，反应离子方程式为：SO₂+NH₃+H₂O=NH₄⁺+HSO₃^-；
根据电荷守恒，可知：c（H⁺）+c（NH₄⁺）=c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）+c（OH^-），则c（H⁺）-c（OH^-）=c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）-c（NH₄⁺）
溶液中氢离子源于水电离、HSO₃^-的水解、NH₄⁺的水解，氢氧根离子源于水的电离、HSO₃^-的水解，由水电离得到的c_水（H⁺）与c_水（OH^-）相等，则c（H⁺）-c（OH^-）=[c（SO₃^2-）+c（NH₃•H₂O）+c_水（H⁺）]-[c（H₂SO₃）+c_水（OH^-）]=c（SO₃^2-）+c（NH₃•H₂O）-c（H₂SO₃），故cd正确，
故答案为：SO₂+NH₃+H₂O=NH₄⁺+HSO₃^-；cd；
②吸收Cl₂后的溶液仍呈强碱性，说明有大量OH^-，氯气能将亚硫酸根氧化为硫酸根，自身被还原为氯离子，则吸收Cl₂后的溶液中一定存在的阴离子有OH^-和Cl^-、SO₄^2-，
故答案为：Cl^-、SO₄^2-．

点评 本题反应热有关计算、反应速率计算、化学平衡计算、化学平衡图象、离子浓度大小比较等，属于拼合型题目，（4）中离子浓度判断为易错点、难点，注意利用电荷守恒、电离与水解进行分析解答．