Question

2．热电厂用碱式硫酸铝[Al₂（SO₄）₃•Al₂O₃]吸收烟气中低浓度的二氧化硫．具体过程如下：
（1）碱式硫酸铝溶液的制备
往Al₂（SO₄）₃溶液中加入一定量CaO粉末和蒸馏水，可生成碱式硫酸铝（络合物，易溶于水），同时析出生石膏沉淀[CaSO₄•2H₂O]，反应的化学方程式为2Al₂（SO₄）₃+3CaO+6H₂O=Al₂（SO₄）₃•Al₂O₃+3CaSO₄•2H₂O．
（2）SO₂的吸收与解吸．吸收液中碱式硫酸铝活性组分Al₂O₃对SO₂具有强大亲和力，化学反应为：Al₂（SO₄）₃•Al₂O₃（aq）+3SO₂（g）?Al₂（SO₄）₃•Al₂（SO₃）₃（aq）△H＜0．工业流程如图1所示：

①高温烟气可使脱硫液温度升高，不利于SO₂的吸收．生产中常控制脱硫液在恒温40～60^oC，试分析原因碱式硫酸铝吸收SO₂的反应为放热反应，降温使平衡正向移动，有利于SO₂的吸收．
②研究发现，I中含碱式硫酸铝的溶液与SO₂结合的方式有2种：其一是与溶液中的水结合．其二是与碱式硫酸铝中的活性Al₂O₃结合，通过酸度计测定不同参数的吸收液的pH变化，结果如2图所示：
据此判断初始阶段，SO₂的结合方式是与活性Al₂O₃结合．比较x、y、z的大小顺序y＞x＞z．
③III中得到再生的碱式硫酸铝溶液，其n（Al₂O₃）：n[Al₂（SO₄）₃]比值相对I中有所下降，请用化学方程式加以解释：2Al₂（SO₃）₃+3O₂=2Al₂（SO₄）₃或2[Al₂（SO₄）₃•Al₂（SO₃）₃]+3O₂=4Al₂（SO₄）₃．
（3）解吸得到较纯的SO₂，可用于原电池法生产硫酸如图3．
①电极b周围溶液pH变大（填“变大”、“变小”或“不变”）
②电极a的电极反应式是SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-．

Answer 1

分析 （1）往Al₂（SO₄）₃溶液中加入一定量CaO粉末和蒸馏水，可生成碱式硫酸铝Al₂（SO₄）₃•Al₂O₃，同时析出生石膏沉淀[CaSO₄•2H₂O]，根据质量守恒配平即可；
（2）碱式硫酸铝溶液与含有二氧化硫的烟气在在恒温40～60^oC反应Al₂（SO₄）₃•Al₂O₃（aq）+3SO₂（g）?Al₂（SO₄）₃•Al₂（SO₃）₃（aq）△H＜0，得到Al₂（SO₄）₃•Al₂（SO₃）₃溶液，对该溶液恒温98℃，溶液分解得到二氧化硫和碱式硫酸铝溶液，
①根据反应的热效应分析可得；
②由图2可知，碱式硫酸铝中的活性Al₂O₃含量不同时，酸度计测定不同参数的吸收液的pH有变化，说明SO₂的结合方式是与活性Al₂O₃结合，pH相同时，活性Al₂O₃吸收越多SO₂，则y＞x＞z；
③Al₂（SO₄）₃•Al₂（SO₃）₃溶液恒温98℃，溶液分解得到III中得到再生的碱式硫酸铝溶液，分解过程中部分Al₂（SO₃）₃被氧化为Al₂（SO₄）₃，其n（Al₂O₃）：n[Al₂（SO₄）₃]比值相对I中有所下降；
（3）①电极b为空气中氧气放电结合氢离子的反应，氢离子浓度减小，pH增大；
②电极a为二氧化硫放电失电子发生的氧化反应．

解答 解：（1）往Al₂（SO₄）₃溶液中加入一定量CaO粉末和蒸馏水，可生成碱式硫酸铝Al₂（SO₄）₃•Al₂O₃，同时析出生石膏沉淀[CaSO₄•2H₂O]，化学方程式为：2Al₂（SO₄）₃+3CaO+6H₂O=Al₂（SO₄）₃•Al₂O₃+3CaSO₄•2H₂O；
故答案为：2Al₂（SO₄）₃+3CaO+6H₂O=Al₂（SO₄）₃•Al₂O₃+3CaSO₄•2H₂O；
（2）①碱式硫酸铝吸收SO₂的反应为放热反应，降温使平衡正向移动，有利于SO₂的吸收，生产中常控制脱硫液在恒温40～60^oC；
故答案为：碱式硫酸铝吸收SO₂的反应为放热反应，降温使平衡正向移动，有利于SO₂的吸收；
②由图2可知，碱式硫酸铝中的活性Al₂O₃含量不同时，酸度计测定不同参数的吸收液的pH有变化，说明SO₂的结合方式是与活性Al₂O₃结合，pH相同时，活性Al₂O₃吸收越多SO₂，则y＞x＞z；
故答案为：与活性Al₂O₃结合；y＞x＞z；
③Al₂（SO₄）₃•Al₂（SO₃）₃溶液恒温98℃，溶液分解得到III中得到再生的碱式硫酸铝溶液，分解过程中部分Al₂（SO₃）₃被氧化为Al₂（SO₄）₃，2Al₂（SO₃）₃+3O₂=2Al₂（SO₄）₃或2[Al₂（SO₄）₃•Al₂（SO₃）₃]+3O₂=4Al₂（SO₄）₃，其n（Al₂O₃）：n[Al₂（SO₄）₃]比值相对I中有所下降；
故答案为：2Al₂（SO₃）₃+3O₂=2Al₂（SO₄）₃或2[Al₂（SO₄）₃•Al₂（SO₃）₃]+3O₂=4Al₂（SO₄）₃；
（3）①电极b为空气中氧气放电结合氢离子的反应，氢离子浓度减小，pH增大；
故答案为：变大；
②电极a为二氧化硫放电失电子发生的氧化反应，电极反应式为：SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-；
故答案为：SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-．

点评 本题以物质制备为载体，考查学生对原理的分析理解、物质的分离提纯、氧化还原反应、信息获取与迁移运用、原电池的相关原理等，需要学生具备扎实的基础，对提米信息理解透彻，题目难度较大．