Question

3．SO₂是一种与生产、环保等密切相关的气体．请回答下列问题：
（1）酸雨的危害极大，减少二氧化硫等污染物的排放对保护环境是非常重要的．某化学兴趣小组取刚降到地面的酸雨水样，每隔一段时间测定其pH，数据如表：

测定时间/min	0	3	6	10	15
pH	4.73	4.62	4.56	4.55	4.55

酸雨pH变化的原因是2H₂SO₃+O₂═4H⁺+2SO₄^2-（用离子方程式表示）．
（2）一定条件下，2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）在容积可变的恒压密闭容器中达平衡后，在t₁时刻改变条件，化学反应速率随时间变化关系如图．t₁时刻改变的条件是通入适量SO₃．
（3）对于2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196kJ•mol^-1．若在相同条件下，向同温同容积的甲、乙、丙三个密闭容器中分别充入气体：甲充入2mol SO₂（g）和1mol O₂（g）；乙充入2mol SO₃（g）；丙充入4mol SO₂（g）和2mol O₂（g），上述反应达平衡后．
①甲和丙中SO₂转化率的大小关系为甲＜丙（填“＞”、“=”或“＜”）．
②甲容器反应放出的热量为x kJ，乙容器反应吸收的热量为y kJ，则x和y应满足的关系式为x+y=196．
（4）以（NH₄）₂SO₄稀溶液为电解质溶液，用Pt作电极的电解装置可将雾霾中的NO和SO₂转化为（NH₄）₂SO₄和A．则A的化学式为H₂SO₄．
（5）常温下，测得CaSO₃悬浊液的pH=9，已知K_a1（H₂SO₃）=1.3×10^-2mol•L^-1，K_a2（H₂SO₃）=6.3×10^-8mol•L^-1，忽略第二步水解，则CaSO₃的第一步水解常数K_h约为1.6×10^-7mol/L，K_sp（CaSO₃）约为4.0×10^-7mol²/L²．

Answer 1

分析 （1）SO₂溶于水生成亚硫酸，亚硫酸时弱酸不完全电离，根据数据，随着测定时间的增强，溶液酸性增强，可推知亚硫酸被空气中的氧气氧化成了硫酸，硫酸是强电解质，使溶液酸性增强，据此写出离子方程式；
（2）一定条件下，2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）在容积可变的恒压密闭容器中达平衡后，在t₁时刻改变条件，改变化学平衡，根据图象可知，此时v（逆）＞v（正），因此化学平衡向逆反应方向移动，据此分析改变的条件；
（3）反应2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）为气体数减小的反应，加压有利于平衡向正反应方向移动，相同条件下，向同温同容积的甲、乙、丙三个密闭容器中分别充入气体：甲充入2mol SO₂（g）和1mol O₂（g）；乙充入2mol SO₃（g）；丙充入4mol SO₂（g）和2mol O₂（g），
①对比甲和丙，丙相当于对甲加压为原来的2倍，若平衡不发生移动，二者转化率相同，但加压有利于平衡正向移动，据此分析；
②对比甲和乙，甲和乙是等效平衡的，一个从正反应出发到达平衡，一个从逆反应出发到达平衡点，平衡点是不变，则二者放出的热量和相当于反应完全转化的热量；
（4）以（NH₄）₂SO₄稀溶液为电解质溶液，用Pt作电极的电解装置可将雾霾中的NO和SO₂转化为（NH₄）₂SO₄和A，分析电解过程，电解过程水也参与电解反应，溶液为酸性介质，则电解水溶液中生成H⁺，据此分析A应为硫酸；
（5）CaSO₃的第一步水解反应为：SO₃^2-+H₂O?HSO₃^-+OH^-，则第一步水解常数K_h=$\frac{c（HS{O}_{3}^{-}）c（OH-）}{c（S{O}_{3}^{2-}）}$，结合H₂SO₃的电离平衡常数表达式分析，CaSO₃的溶度积常数表达式为K_sp（CaSO₃）=c（Ca²⁺）c（SO₃^2-），据此计算．

解答 解：（1）SO₂溶于水生成亚硫酸，亚硫酸时弱酸不完全电离，根据数据，随着测定时间的增强，溶液酸性增强，可推知亚硫酸被空气中的氧气氧化成了硫酸，硫酸是强电解质，使溶液酸性增强，反应为氧化还原反应，则反应的离子方程式为：2H₂SO₃+O₂═4H⁺+2SO₄^2-，
故答案为：2H₂SO₃+O₂═4H⁺+2SO₄^2-；
（2）一定条件下，2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）在容积可变的恒压密闭容器中达平衡后，在t₁时刻改变条件，改变化学平衡，注意装置为恒温恒压装置，容积可变，图象向v（逆）高于原平衡的速率，v（正）低于原平衡的速率，可推测改变的条件时通入适量的SO₃，导致容积增大，对反应物而言浓度减小，正反应速率减小，生成物浓度增大，速率增加，则改变的条件为通入适量SO₃，
故答案为：通入适量SO₃；
（3）反应2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）为气体数减小的反应，加压有利于平衡向正反应方向移动，相同条件下，向同温同容积的甲、乙、丙三个密闭容器中分别充入气体：甲充入2mol SO₂（g）和1mol O₂（g）；乙充入2mol SO₃（g）；丙充入4mol SO₂（g）和2mol O₂（g），
①对比甲和丙，丙相当于对甲加压为原来的2倍，若平衡不发生移动，二者转化率相同，但加压有利于平衡正向移动，因此相对于甲而言，丙中SO₂气体是多反应了，因此转化率更高，
故答案为：＜；
②对比甲和乙，甲和乙是等效平衡的，一个从正反应出发到达平衡，一个从逆反应出发到达平衡点，平衡点是不变，则二者放出的热量和相当于反应完全转化的热量，甲容器反应放出的热量为x kJ，乙容器反应吸收的热量为y kJ，则x和y应满足的关系式为x+y=196；
故答案为：x+y=196；
（4）以（NH₄）₂SO₄稀溶液为电解质溶液，用Pt作电极的电解装置可将雾霾中的NO和SO₂转化为（NH₄）₂SO₄和A，分析电解过程，电解过程水也参与电解反应，溶液为酸性介质，则电解水溶液中生成H⁺，据此分析A应为硫酸，其化学式为：H₂SO₄，
故答案为：H₂SO₄；
（5）CaSO₃的第一步水解反应为：SO₃^2-+H₂O?HSO₃^-+OH^-，则第一步水解常数K_h=$\frac{c（HS{O}_{3}^{-}）c（OH-）}{c（S{O}_{3}^{2-}）}$=$\frac{{K}_{w}}{{K}_{a2}（{H}_{2}S{O}_{3}）}$=1.6×10^-7mol/L，
常温下，测得CaSO₃悬浊液的pH=9，是由于沉淀溶解生成了SO₃^2-，然后水解导致溶液显碱性，溶液中c（OH^-）=10^-5mol/L，则c（HSO₃^-）=c（OH^-）=10^-5mol/L，所以c（SO₃^2-）=$\frac{c（HS{O}_{3}^{-}）c（O{H}^{-}）}{{K}_{h}}$=6.25×10^-4mol/L，根据物料守恒，c（Ca²⁺）=c（HSO₃^-）+c（SO₃^2-）=6.35×10^-4mol/L，因此K_sp（CaSO₃）=c（Ca²⁺）c（SO₃^2-）=4×10^-7mol²/L²，
故答案为：1.6×10^-7mol/L；4.0×10^-7mol²/L²．

点评 本题主要考察化学原理部分，包含氧化还原方程式的书写与配平，化学平衡的移动，等效平衡的应用，弱电解质的电离平衡，平衡常数的计算，注意（5）中物料守衡的应用，是易错题．本题难度中等．