Question

4．利用氨水吸收烟气中的二氧化硫，其相关反应的主要热化学方程式如下：
SO₂（g）+NH₃•H₂O（aq）=NH₄HSO₃（aq）△H₁=a kJ•mol^-1
NH₃•H₂O（aq）+NH₄HSO₃（aq）=（NH₄）₂SO₃（aq）+H₂O（l）△H₂=b kJ•mol^-1
2（NH₄）₂SO₃（aq）+O₂（g）=2（NH₄）₂SO₄（aq）△H₃=c kJ•mol^-1
（1）反应2SO₂（g）+4NH₃•H₂O（aq）+O₂（g）=2（NH₄）₂SO₄（aq）+2H₂O（l）的
△H=2a+2b+ckJ•mol^-1．
（2）空气氧化（NH₄）₂SO₃的速率随温度的变化如图所示，当温度超过60℃时，（NH₄）₂SO₃氧化速率下降的原因可能是温度过高（NH₄）₂SO₃会分解（或水解），浓度减小（或温度升高氧气在溶液中溶解度降低）．
（3）以磷石膏废渣和碳酸铵为原料制备硫酸铵，不仅解决了环境问题，还使硫资源获得二次利用．反应的离子方程式为CaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?SO₄^2-（aq）+CaCO₃（s），该反应的平衡常数
K=3138．
[已知K_sp（CaCO₃）=2.9×10^-9，K_sp（CaSO₄）=9.1×10^-6]
（4）（NH₄）₂SO₄在工农业生产中有多种用途．
①将黄铜精矿（主要成分Cu₂S）与硫酸铵混合后在空气中进行焙烧，可转化为硫酸铜同时产生氨气．该反应的化学方程式为2Cu₂S+2（NH₄）₂SO₄+5O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4CuSO₄+4NH₃+2H₂O．

②研究硫酸铵的分解机理有利于对磷石膏的开发．在500℃下硫酸铵分解过程中得到4种产物，其含氮物质随时间变化关系如图甲所示．写出该条件下硫酸铵分解的化学方程式，并用单线桥标出电子转移的方向及数目：．
③（NH₄）₂SO₄是工业制备K₂SO₄的重要原料．根据图乙中相关物质的溶解度曲线，简述工业上制备K₂SO₄晶体的设计思路：配制较高温度（80℃-100℃）下的硫酸铵、氯化钾饱和混合溶液，冷却结晶，过滤、洗涤．

Answer 1

分析 （1）①根据盖斯定律，给已知方程式编号①SO₂（g）+NH₃•H₂O（aq）═NH₄HSO₃（aq）△H₁=a kJ•mol^-1；②NH₃•H₂O（aq）+NH₄HSO₃（aq）═（NH₄）₂SO₃（aq）+H₂O（l）△H₂=b kJ•mol^-1；③2（NH₄）₂SO₃（aq）+O₂（g）═2（NH₄）₂SO₄（aq）△H₃=c kJ•mol^-1；目标反应的反应热为：①×2+②×2+③，由此分析解答；
（2）根据图1分析，60℃氧化速率最快，温度过高（NH₄）₂SO₃会分解；
（3）反应的离子方程式为CaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?SO₄^2-（aq）+CaCO₃（s），该反应的平衡常数K=$\frac{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$×$\frac{c（C{a}^{2+}）}{c（C{a}^{2+}）}$=$\frac{Ksp（CaS{O}_{4}）}{Ksp（CaC{O}_{3}）}$；
（4）①将黄铜精矿（主要成分Cu₂S）与硫酸铵混合后在空气中进行焙烧，可转化为硫酸铜同时产生氨气和水，结合原子守恒配平书写化学方程式；
②在500℃下硫酸铵分解过程中得到4种产物，其含氮物质随时间变化关系如图甲所示，硫酸铵分解生成氮气、氨气、二氧化硫和水，结合电子守恒和原子守恒配平书写；
③（NH₄）₂SO₄是工业制备K₂SO₄的重要原料．根据图乙中相关物质的溶解度曲线，从生成物的溶解度大小考虑反应能否发生；

解答 解：（1）①根据盖斯定律，给已知方程式编号①SO₂（g）+NH₃•H₂O（aq）═NH₄HSO₃（aq）△H₁=a kJ•mol^-1；
②NH₃•H₂O（aq）+NH₄HSO₃（aq）═（NH₄）₂SO₃（aq）+H₂O（l）△H₂=b kJ•mol^-1；
③2（NH₄）₂SO₃（aq）+O₂（g）═2（NH₄）₂SO₄（aq）△H₃=c kJ•mol^-1；
盖斯定律计算目标反应的反应热为：①×2+②×2+③，2SO₂（g）+4NH₃•H₂O（aq）+O₂（g）=2（NH₄）₂SO₄（aq）+2H₂O（l）△H=（2a+2b+c）KJ/mol，
故答案为：2a+2b+c；
（2）根据图1分析，60℃氧化速率最快，则在空气氧化（NH₄）₂SO₃的适宜温度为60℃，温度过高（NH₄）₂SO₃会分解（或水解），浓度减小（或温度升高氧气在溶液中溶解度降低），
故答案为：温度过高（NH₄）₂SO₃会分解（或水解），浓度减小（或温度升高氧气在溶液中溶解度降低）；
（3）反应的离子方程式为CaSO₄（s）+CO₃^2-（aq）?SO₄^2-（aq）+CaCO₃（s），该反应的平衡常数K=$\frac{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=$\frac{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$×$\frac{c（C{a}^{2+}）}{c（C{a}^{2+}）}$=$\frac{Ksp（CaS{O}_{4}）}{Ksp（CaC{O}_{3}）}$=$\frac{9.1×1{0}^{-6}}{2.9×1{0}^{-9}}$=3138，
故答案为：3138；
（4）①将黄铜精矿主要成分Cu₂S）与硫酸铵混合后在空气中进行焙烧，可转化为硫酸铜同时产生氨气和水，结合电子守恒和原子守恒配平书写，反应的化学方程式为：2Cu₂S+2（NH₄）₂SO₄+5O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4CuSO₄+4NH₃+2H₂O，
故答案为：2Cu₂S+2（NH₄）₂SO₄+5O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4CuSO₄+4NH₃+2H₂O；
②在500℃下硫酸铵分解过程中得到4种产物，其含氮物质随时间变化关系如图甲所示，硫酸铵分解生成氮气、氨气、二氧化硫和水，结合电子守恒和原子守恒配平书写得到化学方程式为：3（NH₄）₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$N₂↑+4NH₃↑+3SO₂↑+6H₂O↑，氮元素化合价-3价变化为0价，硫元素化合价+6价变化为+4价，电子转移总数6e^-，

单线桥标出电子转移的方向及数目为：，
故答案为：；
③根据复分解反应发生的条件和图象中物质溶解度分析，常温下K₂SO₄的溶解度小，在生成物中会以沉淀的形式出现，故反应可以进行，工业上制备K₂SO₄晶体的设计思路是：配制较高温度（80℃-100℃）下的硫酸铵、氯化钾饱和混合溶液，冷却结晶，过滤、洗涤得到，
故答案为：配制较高温度（80℃-100℃）下的硫酸铵、氯化钾饱和混合溶液，冷却结晶，过滤、洗涤；

点评 本题考查了热化学方程式和盖斯定律计算应用、图象分析和条件选择、氧化还原反应和产物的判断、物质溶解度不同得到人晶体的方法等知识点，掌握基础是解题关键，题目难度中等．