Question

7．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：
①2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（l）═2H₂SO₄（l）△H=-457kJ/mol
②SO₃（g）+H₂O（l）═H₂SO₄（l）△H=-130kJ/mol
则SO₂催化氧化反应中，每生成2mol SO₃（g）的△H=-197kJ•mol^-1．
（2）对于SO₂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20mol SO₂（g）和l0mol O₂（g），O₂的平衡转化率随温度（T）、压强（P）的变化如乙图所示．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）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^-，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（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）-c（NH₄⁺）          D．c（SO₃^2-）+c（NH₃H₂O）-c（H₂SO₃）
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SO₄^2-、Cl^-．

Answer 1

分析 （1）①2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（l）═2H₂SO₄（l）△H=-457kJ•mol^-1
②SO₃（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）；
（2）①SO₂为反应物，随反应进行浓度减小，而SO₃为生成物，随反应进行浓度增大，由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，增大压强平衡正向移动，O₂的平衡转化率增大；
平衡常数只受温度影响，与压强无关，温度相同，则平衡常数相等，正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小；
（3）①如果在25℃时，相同物质的量的SO₂与NH₃溶于水，发生反应：SO₂+NH₃+H₂O=NH₄HSO₃；
根据电荷守恒c（H⁺）+c（NH₄⁺）=c（OH^-）+c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-），由微粒守恒可知c（NH₃•H₂O）+c（NH₄⁺）=c（H₂SO₃）+c（HSO₃^-）+c（SO₃^2-）；
②吸收SO₂后的碱性溶液，含亚硫酸钠、NaOH，吸收Cl₂后的溶液仍呈强碱性，溶质为硫酸钠、NaCl、NaOH．

解答 解：（1）由①2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（l）═2H₂SO₄（l）△H=-457kJ•mol^-1
②SO₃（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，
故答案为：-197；
（2）①SO₂为反应物，随反应进行浓度减小，而SO₃为生成物，随反应进行浓度增大，由图可知△c（SO₃）=0.75mol/L，则v（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）=0.0375mol/（L．min），
故答案为：0.0375mol/（L．min）；
②由图可知压强P₂时氧气转化率更大，正反应为气体体积减小的反应，增大压强平衡正向移动，O₂的平衡转化率增大，故氧气P₁＜P₂；
平衡常数只受温度影响，与压强无关，A、B温度相同，则平衡常数相等，C点温度最高，正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，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）①如果在25℃时，相同物质的量的SO₂与NH₃溶于水，发生反应SO₂+NH₃+H₂O=NH₄HSO₃，反应离子方程式为SO₂+NH₃+H₂O=NH₄⁺+HSO₃^-；
根据电荷守恒c（H⁺）+c（NH₄⁺）=c（OH^-）+c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-），所得溶液中c（H⁺）-c（OH^-）=c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）-c（NH₄⁺），
由微粒守恒可知c（NH₃•H₂O）+c（NH₄⁺）=c（H₂SO₃）+c（HSO₃^-）+c（SO₃^2-），则所得溶液中c（H⁺）-c（OH^-）=c（SO₃^2-）+c（NH₃•H₂O）-c（H₂SO₃），
故答案为：SO₂+NH₃+H₂O=NH₄⁺+HSO₃^-；CD；
②吸收SO₂后的碱性溶液，含亚硫酸钠、NaOH，吸收Cl₂后的溶液仍呈强碱性，溶质为硫酸钠、NaCl、NaOH，则吸收Cl₂后的溶液中一定存在的阴离子有OH^-和SO₄^2-、Cl^-，故答案为：SO₄^2-、Cl^-．

点评 本题考查化学平衡的计算，为高频考点，把握图象分析、浓度变化、盖斯定律应用、离子浓度关系为解答的关键，侧重分析与应用能力的考查，综合性较强，题目难度中等．