题目内容
硫酸被称为“工业之母”，足见其在工业生产中的重要地位．利用催化氧化反应将SO2转化为SO3是工业生产硫酸的关键步骤．一定温度下，向一个带活塞的体积为2L的密闭容器中充入2.0mol SO2（g）和1.0mol O2（g），发生反应：SO2（g）+| 1 | 2 |
（1）反应达到平衡时SO2（g）的平衡转化率为
（2）已知Mn2+溶液显无色．若将足量SO2通入酸化的KMnO4溶液中，充分振荡后溶液颜色褪去，由此说明SO2具有
（3）天然海水中主要含有Na+、K+、Ca2+、Cl-、HCO3-等离子，其pH约为8，原因是
（4）若以如图所示装置，用电化学原理生产硫酸，该装置中通入SO2的一极的电极反应式为
若有96g SO2（g）被完全氧化，利用所产生的电能电解足量的CuSO4溶液（假设能量总利用率为80%），则理论上将产生标准状况下O2的体积是
分析：（1）容器的容积可变，该反应为恒温恒压，容器的容积与混合气体的物质的量成正比，根据容器的容积变化和差量法计算出反应消耗的二氧化硫、氧气和生成的三氧化硫的物质的量，再根据转化率、平衡常数的表达式进行计算；
（2）酸性高锰酸钾具有强氧化性，二氧化硫具有还原性，二者发生了氧化还原反应，二氧化硫被氧化成硫酸根离子，高锰酸钾中的锰元素被还原成锰离子，据此写出反应的离子方程式；
（3）碳酸氢根离子能够结合水电离的氢离子，使溶液显示弱碱性，据此写出反应的离子方程式；
（4）原电池负极发生氧化反应，SO2被氧化生成SO42-；二氧化硫被氧化，该电极为负极，根据电流方向及硫酸根离子带负电荷进行判断SO42-的移动方向；根据电子守恒计算出生成的标况下氧气的体积．
（2）酸性高锰酸钾具有强氧化性，二氧化硫具有还原性，二者发生了氧化还原反应，二氧化硫被氧化成硫酸根离子，高锰酸钾中的锰元素被还原成锰离子，据此写出反应的离子方程式；
（3）碳酸氢根离子能够结合水电离的氢离子，使溶液显示弱碱性，据此写出反应的离子方程式；
（4）原电池负极发生氧化反应，SO2被氧化生成SO42-；二氧化硫被氧化，该电极为负极，根据电流方向及硫酸根离子带负电荷进行判断SO42-的移动方向；根据电子守恒计算出生成的标况下氧气的体积．
解答：解：（1）恒温恒压条件下，气体的体积之比就等于物质的量之比，反应反应后混合气体的物质的量为：（2mol+1mol）
=2.4mol，达到平衡时混合气体减小了0.6mol，设反应消耗了二氧化硫xmol、氧气ymol，生成了zmol三氧化硫，
SO2（g）+
O2?SO3（g）△n
1 0.5 1 0.5
x y z 0.6mol
根据以上关系可得：x=1.2mol，y=0.6mol，z=1.2mol，
SO2（g）的平衡转化率为：
×100%=60%；
则平衡时：c（SO2）=
=0.4mol/L，c（O2）=
=0.2mol/L，c（SO3）=
=0.6mol/L，
所以k=
=
=
≈3.35，
故答案为：60%；3；
（2）高锰酸钾溶液褪色，说明高锰酸钾被还原，二氧化硫具有还原性；反应的离子方程式为：5SO2+2MnO4-+2H2O=2Mn2++5SO42-+4H+，
故答案为：还原性；5SO2+2MnO4-+2H2O=2Mn2++5SO42-+4H+；
（3）碳酸根离子在溶液中发生了水解，反应的离子方程式为：HCO3-+H2O?H2CO3+OH-，导致溶液中氢氧根离子浓度大于氢离子浓度，溶液显示碱性，
故答案为：HCO3-+H2O?H2CO3+OH-；
（4）原电池负极发生氧化反应，SO2被氧化生成SO42-，负极电极反应式为：SO2+2H2O-2e-=SO42-+4H+；二氧化硫发生了氧化反应，所以二氧化硫的电极为负极，氧气的电极为正极，电流方向为正极流向负极，即：外电路中由右向左、溶液中由左向右，所以溶液中SO42-的移动方向与电流方向相反：由右到左；
96g SO2（g）的物质的量为1.5mol，失去电子的物质的量为3mol，能量总利用率为80%，电解转移的电子的物质的量为：3mol×80%=2.4mol；
1mol氧气反应得到4mol电子，若转移2.4mol电子，生成氧气的物质的量为：
=0.6mol，
标况下生成氧气的体积为：22.4L/mol×0.6mol=13.44 L，
故答案为：SO2+2H2O-2e-=SO42-+4H+；由右到左；13.44．
| 1.6L |
| 2L |
SO2（g）+
| 1 |
| 2 |
1 0.5 1 0.5
x y z 0.6mol
根据以上关系可得：x=1.2mol，y=0.6mol，z=1.2mol，
SO2（g）的平衡转化率为：
| 1.2 |
| 2 |
则平衡时：c（SO2）=
| 2.0mol-1.2mol |
| 2L |
| 1.0mol-0.6mol |
| 2L |
| 1.2mol |
| 2L |
所以k=
| c(SO3) | ||
c(SO2)?c
|
| 0.6 | ||
0.4×(0.2)
|
| 0.6 |
| 0.4×0.4472 |
故答案为：60%；3；
（2）高锰酸钾溶液褪色，说明高锰酸钾被还原，二氧化硫具有还原性；反应的离子方程式为：5SO2+2MnO4-+2H2O=2Mn2++5SO42-+4H+，
故答案为：还原性；5SO2+2MnO4-+2H2O=2Mn2++5SO42-+4H+；
（3）碳酸根离子在溶液中发生了水解，反应的离子方程式为：HCO3-+H2O?H2CO3+OH-，导致溶液中氢氧根离子浓度大于氢离子浓度，溶液显示碱性，
故答案为：HCO3-+H2O?H2CO3+OH-；
（4）原电池负极发生氧化反应，SO2被氧化生成SO42-，负极电极反应式为：SO2+2H2O-2e-=SO42-+4H+；二氧化硫发生了氧化反应，所以二氧化硫的电极为负极，氧气的电极为正极，电流方向为正极流向负极，即：外电路中由右向左、溶液中由左向右，所以溶液中SO42-的移动方向与电流方向相反：由右到左；
96g SO2（g）的物质的量为1.5mol，失去电子的物质的量为3mol，能量总利用率为80%，电解转移的电子的物质的量为：3mol×80%=2.4mol；
1mol氧气反应得到4mol电子，若转移2.4mol电子，生成氧气的物质的量为：
| 2.4mol |
| 4 |
标况下生成氧气的体积为：22.4L/mol×0.6mol=13.44 L，
故答案为：SO2+2H2O-2e-=SO42-+4H+；由右到左；13.44．
点评：本题考查了化学平衡常数、离子方程式的书写、原电池和电解池工作原理，题目难度中等，注意掌握化学平衡常数的概念及表达式、原电池和电解池工作原理，试题能够培养学生的分析、理解能力．
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