Question

7．工业废气、汽车尾气排放出的SO₂、NO_x等，是形成雾霾的重要因素．霾是由空气中的灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氢化合物等粒子形成的烟雾．
（1）大气中的SO₂在烟尘的催化下形成硫酸的反应方程式是2SO₂+2H₂O+O₂$\frac{\underline{\;烟尘\;}}{\;}$2H₂SO₄．
（2）已知：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0kJ•mol^-1
则反应NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）的△H=NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）△H=-41.8kJ•mol^-1．
（3）烟气中的SO₂可以用NaOH溶液吸收，将所得的Na₂SO₃溶液进行电解，可循环再生NaOH，同时得到H₂SO₄，其原理如下图所示．（电极材料为石墨）

①图中a极要连接电源的负（填“正”或“负”）极，C口流出的物质是硫酸．
②SO₃^2-放电的电极反应式为SO₃^2-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺．
③电解过程中若消耗12.6g Na₂SO₃，则阴极区变化的质量为4.4g（假设该过程中所有液体进出口密闭）．
（4）常温下，烟气中的SO₂被NaOH溶液吸收可得到NaHSO₃、Na₂SO₃等．
①已知Na₂SO₃水溶液显碱性，原因是SO₃^2-+H₂O?HSO₃^-+OH^-（写出主要反应的离子方程式），该溶液中，c（Na⁺）＜2c（S0₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（OH^-）（填“＞”“＜”或“=”）．
②常温下，0.1mol•L^-1的NaHSO₃溶液的pH=6，则c（SO₃^2-）-c（H₂SO₃）=9.9×10^-7（填写准确数值）mol•L^-1．

Answer 1

分析 （1）大气中的SO₂在烟尘的催化下和氧气水反应形成硫酸；
（2）由热化学方程式2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6 kJ•mol^-1①，
2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0 kJ•mol^-1②，
根据盖斯定律①-②可得热化学方程式；
（3）①在图中由于Na⁺向a极区域移动，根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引的原则，a要连接电源的负极，b要连接电源的正极，在阳极上SO₃^2-变为S0₄^2-，C口流出的物质是硫酸；
②在阳极上SO₃^2-变为S0₄^2-；
③电解过程中若消耗12.6 g Na₂SO₃，n（Na₂SO₃）=$\frac{12.6g}{126g/mol}$=0.1 mol，则电子转移0.2 mol，在阴极发生反应：2H⁺+2e^-=H₂↑，放出氢气0.1 mol，质量减轻0.2 g，同时移向该区域0.2 mol的Na⁺；
（4）①溶液中S0₃^2-水解：SO₃^2-+H₂O?HSO₃^-+OH^-，破坏水的电离平衡，导致溶液显碱性，根据电荷守恒分析；
②常温下，亚硫酸氢钠呈酸性，说明亚硫酸氢根离子的电离程度大于水解程度，根据物料守恒得c（Na⁺）=c（H₂SO₃）+c（HSO₃^-）+c（SO₃^2-）①，根据电荷守恒得c（Na⁺）+c（H⁺）=c（OH^-）+c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）②，两式计算得到．

解答 解：（1）大气中的SO₂在烟尘的催化下形成硫酸的反应方程式是：2SO₂+2H₂O+O₂$\frac{\underline{\;烟尘\;}}{\;}$2H₂SO₄，
故答案为：2SO₂+2H₂O+O₂$\frac{\underline{\;烟尘\;}}{\;}$2H₂SO₄；
（2）由热化学方程式2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6 kJ•mol^-1①，
2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H=-113.0 kJ•mol^-1②，
根据盖斯定律①-②可得：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）△H=-41.8 kJ•mol^-1，
故答案为：NO₂（g）+SO₂（g）?SO₃（g）+NO（g）△H=-41.8 kJ•mol^-1；
（3）①在图中由于Na⁺向a极区域移动，根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引的原则，a要连接电源的负极，b要连接电源的正极，在阳极上SO₃^2-变为S0₄^2-，C口流出的物质是硫酸，
故答案为：负；硫酸；
②在阳极上SO₃^2-变为S0₄^2-，SO₃^2-放电的电极反应式为：SO₃^2-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺，
故答案为：SO₃^2-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺；
③电解过程中若消耗12.6 g Na₂SO₃，n（Na₂SO₃）=$\frac{12.6g}{126g/mol}$=0.1 mol，则电子转移0.2 mol，在阴极发生反应：2H⁺+2e^-=H₂↑，放出氢气0.1 mol，质量减轻0.2 g，同时移向该区域0.2 mol的Na⁺，溶液增重4.6 g，故该区域的质量总增重4.4 g，
故答案为：4.4；
（4）①溶液中S0₃^2-水解：SO₃^2-+H₂O?HSO₃^-+OH^-，破坏水的电离平衡，导致溶液显碱性，根据电荷守恒，溶液中c（H⁺）+c（Na⁺）=2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（OH^-），故c（Na⁺）＜2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（OH^-），
故答案为：SO₃^2-+H₂O?HSO₃^-+OH^-，
②常温下，亚硫酸氢钠呈酸性，说明亚硫酸氢根离子的电离程度大于水解程度，根据物料守恒得c（Na⁺）=c（H₂SO₃）+c（HSO₃^-）+c（SO₃^2-）①，根据电荷守恒得c（Na⁺）+c（H⁺）=c（OH^-）+c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）②，将方程式①代入②得，c（H₂SO₃）+c（H⁺）=c（OH^-）+c（SO₃^2-），所以c（SO₃^2-）-c（H₂SO₃）=c（H⁺）-c（OH^-）=（10^-6-10^-8）mol•L^-1=9.9×10^-7mol•L^-1，
故答案为：9.9×10^-7mol．

点评 本题考查了热化学方程式书写、电解池原理和电极反应书写、电解质溶液中电荷守恒、物料守恒等知识点的理解应用，掌握基础是解题关键，题目难度中等．