Question

18．煤燃烧排放的烟气中（主要含SO₂、CO₂）的SO₂形成酸雨、污染大气，对烟气进行脱硫，回答下列问题：

（1）采用Ca（ClO）₂烟气脱硫可得到较好的效果．已知下列反应：
SO₂（g）+2OH^- （aq）═SO₃^2- （aq）+H₂O（l）△H₁
ClO^- （aq）+SO₃^2- （aq）═SO₄^2- （aq）+Cl^- （aq）△H₂
CaSO₄（s）═Ca²⁺（aq）+SO₄^2-（aq）△H₃
则反应SO₂（g）+Ca²⁺（aq）+ClO^- （aq）+2OH^- （aq）═CaSO₄（s）+H₂O（l）+Cl^- （aq）的△H=△H₁+△H₂-△H₃．
（2）采用氨水烟气脱硫，最终可得到氮肥．将相同物质的量的SO₂与NH₃溶于水所得溶液中c（H⁺）-c（OH^-）=BD （填字母编号）．
A．c（SO₃^2-）-c（H₂SO₃）              B．c（SO₃^2-）+c（NH₃•H₂O）-c（H₂SO₃）
C．c（HSO₃^-）+c（SO₃^2-）-c（NH₄⁺）     D．c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）-c（NH₄⁺）
（3）烟气在较高温度经如图1方法脱除SO₂，并制得H₂SO₄．
①在阴极放电的物质是O₂．
②在阳极生成SO₃的电极反应式是2SO₄^2--4e^-=2SO₃↑+O₂↑．
③已知室温下，K_sp（BaSO₄）=1.1×10^-10．将脱除SO₂后制得的H₂SO₄配成pH=4 的H₂SO₄溶液，与pH=9的 Ba（OH）₂ 溶液混合，若所得混合溶液的 pH=7，则 Ba（OH）₂ 溶液与 H₂SO₄ 溶液的体积比为10：1．欲使溶液中c（SO₄^2-）=2.0×10^-4mol•L^-1，则应保持溶液中 c（Ba²⁺）=5.5×10^-7mol•L^-1．
（4）一定条件下，用Fe₂O₃、NiO或Cr₂O₃作催化剂，利用如下反应回收燃煤烟气中的硫．反应为：2CO（g）+SO₂（g）?催化剂2CO₂（g）+S（l）△H=-270KJ•mol^-1其他条件相同、催化剂不同时，SO₂的转化率随反应温度的变化如图2，不考虑催化剂的价格因素，选择c为该反应的催化剂较为合理（选填序号）．
a．Cr₂O₃         b．NiO         c．Fe₂O₃
选择该催化剂的理由是：Fe₂O₃作催化剂时，在相对较低温度可获得较高的SO₂转化率，从而节约能源．
某科研小组用选择的催化剂，在380℃时，研究了n（CO）：n（SO₂）分别为1：1、3：1时，SO₂转化率的变化情况（图3）．则图3中表示n（CO）：n（SO₂）=3：1的变化曲线为a．

Answer 1

分析 （1）①SO₂（g）+2OH^-（aq）═SO₃^2-（aq）+H₂O（l）△H₁
②ClO^-（aq）+SO₃^2-（aq）═SO₄^2-（aq）+Cl^-（aq）△H₂
③CaSO₄（s）═Ca²⁺（aq）+SO₄^2-（aq）△H₃
则根据盖斯定律可知①+②-③即得到反应；
（2）相同物质的量的SO₂与NH₃溶于水反应生成亚硫酸氢铵；结合溶液中电荷守恒和物料守恒分析判断选项；
（3）①阴极发生还原反应，阳极发生氧化反应，由示意图可知，阴极是氧气获得电子得到SO₄^2-；
②阳极是熔融硫酸钾中硫酸根失去电子生成SO₃、O₂；
③水的离子积常数K_W=10^-14，pH=9的Ba（OH）₂溶液中氢氧根离子浓度为0.00001mol/L，pH=4的H₂SO₄溶液中氢离子浓度为0.0001mol/L，若所得混合液为中性，酸碱恰好完全反应，氢离子的物质的量等于氢氧根离子的物质的量，据此列式计算出Ba（OH）₂ 溶液与 H₂SO₄ 溶液的体积比的值；依据Q=c（Ba²⁺）•c（SO₄^2-）计算溶液中c（SO₄^2-）≤1.0×10^-5mol•L^-1，则应保持溶液中 c（Ba²⁺）的值；
（4）Fe₂O₃作催化剂时，在相对较低温度可获得较高的SO₂转化率，从而节约能源；
n（CO）：n（SO₂）越大，二氧化硫的转化率越大；

解答 解：（1）已知①SO₂（g）+2OH^-（aq）═SO₃^2-（aq）+H₂O（l）△H₁
②ClO^-（aq）+SO₃^2-（aq）═SO₄^2-（aq）+Cl^-（aq）△H₂
③CaSO₄（s）═Ca²⁺（aq）+SO₄^2-（aq）△H₃
则根据盖斯定律可知①+②-③即得到反应SO₂（g）+Ca²⁺（aq）+ClO^-（aq）+2OH^-（aq）═CaSO₄（s）+H₂O（l）+Cl^-（aq）△H=△H₁+△H₂-△H₃，
故答案为：△H₁+△H₂-△H₃；
（2）相同物质的量的SO₂与NH₃溶于水发生反应生成碳酸氢铵，反应的离子方程式为SO₂+NH₃+H₂O═NH₄⁺+HSO₃^-，溶液中存在电荷守恒：c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）+c（OH^-）=c（H⁺）+c（NH₄⁺），c（H⁺）-c（OH^-）=c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）-c（NH₄⁺），D正确，C错误；溶液中存在物料守恒：c（NH₄⁺）+c（NH₃•H₂O）=c（HSO₃^-）+c（SO₃^2-）+c（H₂SO₃），结合电荷守恒和物料守恒可知c（H⁺）-c（OH^-）=c（HSO₃^-）+2c（SO₃^2-）-c（NH₄⁺）=c（SO₃^2-）+c（NH₃．H₂O）-c（H₂SO₃），所以A错误，B正确，
故答案为：BD；
（3）阴极发生还原反应，阳极发生氧化反应，由示意图可知，阴极是氧气获得电子得到SO₄^2-，阳极是熔融硫酸钾中硫酸根失去电子生成SO₃、O₂．
①氧气在阴极获得电子，故答案为：O₂；
②阳极电极反应方程式为：2SO₄^2--4e^-=2SO₃↑+O₂↑，故答案为：2SO₄^2--4e^-=2SO₃↑+O₂↑；
③室温下，水的离子积常数K_W=10^-14，pH=9的Ba（OH）₂溶液中氢氧根离子浓度为0.00001mol/L，pH=4的H₂SO₄溶液中氢离子浓度为0.0001mol/L，若所得混合液为中性，酸碱恰好完全反应，则有：n（H⁺）=n（OH^-），设Ba（OH）₂ 溶液与 H₂SO₄ 溶液的体积分别为aL、bL，即：0.00001mol/L×aL=0.0001mol/L×bL，a：b=10：1，Ba²⁺（aq）+SO₄^2-（aq）?BaSO₄（s），室温下，K_sp（BaSO₄）=1.1×10^-10，欲使溶液中c（SO₄^2-）=2.0×10^-4mol•L^-1，Q=c（Ba²⁺）•c（SO₄^2-）则应保持溶液中 c（Ba²⁺）≥$\frac{Ksp（BaS{O}_{4}）}{2.0×1{0}^{-4}}$=$\frac{1.1×1{0}^{-10}}{2.0×1{0}^{-4}}$=5.5×10^-7mol•L^-1，
故答案为：10：1；  5.5×10^-7；
（4）Fe₂O₃作催化剂时，在相对较低温度可获得较高的SO₂转化率，从而节约能源，故选Fe₂O₃作催化剂，n（CO）：n（SO₂）越大，二氧化硫的转化率越大，故曲线a表示n（CO）：n（SO₂）=3：1的变化曲线，
故答案为：c；Fe₂O₃作催化剂时，在相对较低温度可获得较高的SO₂转化率，从而节约能源；a；

点评 本题考查PH的简单计算、沉淀溶解平衡计算、盐类水解、原电池等，综合考查学生化学知识的应用能力和分析问题的能力，为高考常见题型，注意把握盐类水解和弱电解质的电离特点．注意若离子积Q大于＞Ksp（BaSO₄），则析出沉淀，反之，则无，题目难度中等．