Question

4．中国气象局的数据显示，2013年全国平均雾霾天数为52年来之最．形成雾霾的主要成份为：生产生活中排放的废气、汽车尾气及扬尘等．
（1）己知：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-4lkJ/mol，某温度下，向容积为2L的密闭容器中充入2.0molCO（g）和2.0mol H₂O（g），在tmin时达到平衡，测得放出了32.8kJ热量，则tmin内用H2表示的平均反应速率为$\frac{0.4}{t}$mol•L^-1•min^-1，由此可知在该温度下反应CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）的化学平衡常数为$\frac{4}{9}$（保留小数点后一位）．
（2）碱式硫酸铝法烟气脱硫工艺主要有以下三步
①向Al₂（SO₄）₃溶液中投入粉末状石灰石，生成碱式硫酸铝[Al₂（SO₄）₃•Al₂O₃]溶液．
②碱式硫酸铝吸收SO₂，Al₂（SO₄）₃•Al₂O₃+3SO₂=Al₂（SO₄）₃•Al₂（SO₃）₃，请写出Al₂（SO₄）₃•Al₂O₃与过量烧碱溶液反应的化学方程式：Al₂（SO₄）₃•Al₂O₃+3H₂O+10NaOH=4Na[Al（OH）₄]+3Na₂SO₄；
③将Al₂（SO₄）₃•Al₂（SO₃）₃氧化成Al₂（SO₄）₃，可选用氧化剂为cd（填代号）．
a．浓硫酸       b．KMnO₄溶液       c.5%的H₂O₂溶液     d．空气
该步反应的目的是生成Al₂（SO₄）₃循环使用．

Answer 1

分析 （1）物质的量与热量成正比，反应达到平衡时△n（CO）=1mol×$\frac{32.8}{41}$=0.8mol，则
           CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
开始：2mol   2mol            0        0
变化：0.8mol 0.8mol          0.8mol   0.8mol
平衡：1.2mol  1.2mol       0.8mol   0.8mol
结合v=$\frac{△c}{△t}$、K=K=$\frac{c（C{O}_{2}）c（{H}_{2}）}{c（CO）c（{H}_{2}O）}$及平衡浓度计算；
（2）Al₂（SO₄）₃•Al₂O₃与过量烧碱溶液反应可看做Al³⁺和Al₂O₃与过量的氢氧化钠反应即可；氧化剂的选取要考虑两点，第一能不能把亚硫酸根离子氧化为硫酸根离子，第二会不会引入新的杂质；将Al₂（SO₄）₃•Al₂ （SO₃）₃氧化成Al₂（SO₄）₃，重新得到碱式硫酸铝法烟气脱硫工艺第①步中所需要的Al₂（SO₄）₃．

解答 解：（1）反应达到平衡时△n（CO）=1mol×$\frac{32.8}{41}$=0.8mol，则
           CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
开始：2mol   2mol            0        0
变化：0.8mol   0.8mol          0.8mol   0.8mol
平衡：1.2mol  1.2mol         0.8mol   0.8mol
平衡浓度：0.6mol/L 0.6mol/L  0.4mol/L  0.4mol/L
所以v（H₂）=$\frac{\frac{0.8mol}{2L}}{tmin}$=$\frac{0.4}{t}$mol•L^-1•min^-1；
此反应的平衡常数K=$\frac{c（C{O}_{2}）c（{H}_{2}）}{c（CO）c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.4×0.4}{0.6×0.6}$=$\frac{4}{9}$，
故答案为：$\frac{0.4}{t}$mol•L^-1•min^-1；$\frac{4}{9}$；
（2）②由于Al³⁺和Al₂O₃分别与过量的氢氧化钠溶液反应时均有Na[Al（OH）₄]生成，所以Al₂（SO₄）₃•Al₂O₃与烧碱溶液反应的产物为Na[Al（OH）₄]以及Na₂SO₄，由此不难写出Al₂（SO₄）₃•Al₂O₃+3H₂O+10NaOH=4Na[Al（OH）₄]+3Na₂SO₄，
故答案为：Al₂（SO₄）₃•Al₂O₃+3H₂O+10NaOH=4Na[Al（OH）₄]+3Na₂SO₄；
③a、浓硫酸不能氧化亚硫酸根离子，故a不选；b、KMnO₄溶液做氧化剂时会引入杂质离子K⁺、Mn²⁺，故b不选；5%的H₂O₂溶液与空气均可氧化而且不引入杂质，故c、d可选；通过该步实验操作，重新得到碱式硫酸铝法烟气脱硫工艺第①步中所需要的Al₂（SO₄）₃，实现了Al₂（SO₄）₃的循环使用，
故答案为：cd；生成Al₂（SO₄）₃循环使用．

点评 本题考查化学平衡的计算，为高频考点，把握平衡三段法、K及速率计算、氧化还原反应为解答本题的关键，侧重分析与计算能力的考查，注意氧化还原反应的应用，题目难度不大．