Question

3．消除氮氧化物、二氧化硫等物质造成的污染是目前研究的重要课题．
（1）燃煤烟气脱硫常用如下方法．
①用生物质热解气（主要成分CO、CH₄、H₂）将SO₂在高温下还原成单质硫．涉及的部分反应如下：2CO（g）+SO₂（g）═S（g）+2CO₂（g）△H₁=+8.0kJ•mol^-1
2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ•mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₃=-483.6kJ•mol^-1
则H₂（g）还原SO₂（g）生成S（g）和H₂O（g）的热化学方程式为2H₂（g）+SO₂（g）═S（g）+2H₂O（g）△H=+90.4kJ/mol．
②一氧化碳还原法：在绝热恒容的密闭容器中，反应2CO（g）+SO₂（g）?S（s）+2CO₂（g）达到平衡时，下列说法正确的是a（填序号）．
a．容器内气体的压强保持不变                   
b．分离出S，正反应速率减小
c．若再充入一定量的CO₂，反应的平衡常数不变
③用氨水将SO₂转化为NH₄HSO₃，再氧化成（NH₄）₂SO₄．实验测得NH₄HSO₃溶液中$\frac{c（S{O}_{3}^{2-}）}{c（{H}_{2}S{O}_{3}）}$=15，则溶液的pH为5． （已知：H₂SO₃的K_a1=1.5×10^-2，K_a2=1.0×10^-7）
（2）电解NO可以制备NH₄NO₃，其工作原理如下图所示，阳极的电极反应式为：NO-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺，为使电解产物全部转化为NH₄NO₃，需补充物质A，A是NH₃．
（3）Na₂S是常用的沉淀剂．某工业污水中含有等浓度的Cu²⁺、Fe²⁺、Pb²⁺，滴加Na₂S溶液后首先析出的沉淀是CuS．当最后一种离子沉淀完全时（该离子浓度为10^-5 mol•L^-1），此时S^2-的浓度为6.3×10^-13mol/L
（已知：K_sp（FeS）=6.3×10^-18；K_sp（CuS）=6×10^-36；K_sp（PbS）=2.4×10^-28）

Answer 1

分析 （1）①H₂（g）还原SO₂（g）生成S（g）和H₂O（g）的化学方程式为：2H₂（g）+SO₂（g）═S（g）+2H₂O（g），该反应可由已知热效应的热化学方程式推导，根据盖斯定律计算该反应的焓变；
②a、反应2CO（g）+SO₂（g）?S（s）+2CO₂（g）反应前后气体体积不同；
b、S是固体，分离出来不影响化学反应速率；
c、化学平衡常数只受温度影响；
③根据H₂SO₃的平衡常数和多重平衡规则分析计；
（2）工业上电解NO制备 NH₄NO₃，由装置图可知阳极发生氧化反应，NO被氧化生成NO₃^-，阴极发生还原反应，NO被还原生成NH₄⁺，阳极反应为NO-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺，阴极反应为：NO+5e^-+6H⁺=NH₄⁺+H₂O；依据电解方程式判断解答应该加入的物质；
（3）物质组成类型相同，溶度积越小，溶解度越小，滴加硫化钠，相应阳离子最先沉淀；根据溶度积计算S^2-的浓度．

解答 解：（1）①已知：①2CO（g）+SO₂（g）═S（g）+2CO₂（g）△H₁=8.0kJ/mol，
                      ②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol，
                      ③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₃=-483.61kJ/mol，
H₂（g）还原SO₂（g）生成S（g）和H₂O（g）的化学反应方程式为：2H₂（g）+SO₂（g）═S（g）+2H₂O（g），该反应可由①-②+③得到，根据盖斯定律，则该反应的焓变为△H=△H₁-△H₂+△H₃=8.0-（-566.0）+（-483.6）=90.4kJ/mol，
故答案为：2H₂（g）+SO₂（g）═S（g）+2H₂O（g）△H=+90.4kJ/mol；
②a、反应2CO（g）+SO₂（g）?S（s）+2CO₂（g）反应前后气体体积不同，恒容容器中压强不变说明反应达到平衡状态，故a正确；
b、S是固体，分离出来不影响化学反应速率，故b错误；
c、化学平衡常数只受温度影响，温度不变化学平衡常数不变，所以化学平衡常数不变不能说明反应达到平衡状态，故c错误；
故答案为：a；
③实验测得NH₄HSO₃溶液中$\frac{c（S{O}_{3}^{2-}）}{c（{H}_{2}S{O}_{3}）}$=15，由H₂SO₃的电离平衡常数，根据多重平衡规则，K_a1•K_a2=$\frac{{c}^{2}（{H}^{+}）c（S{{O}_{3}}^{2-}）}{c（{H}_{2}S{O}_{3}）}$=1.5×10^-2×1.0×10^-7=1.5×10^-9，所以溶液中c（H⁺）=10^-5mol/L，则pH=-lgc（H⁺）=5，故答案为：5；
（2）电解NO制备NH₄NO₃，阳极反应为NO-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺，阴极反应为：NO+5e^-+6H⁺=NH₄⁺+H₂O；
电解NO制备NH₄NO₃，阳极反应为5NO-15e^-+10H₂O=5NO₃^-+20 H⁺，阴极反应为：3NO+15e^-+18H⁺=3NH₄⁺+3H₂O，总反应方程式为：8NO+7H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$3NH₄NO₃+2HNO₃，因此若要使电解产物全部转化为NH₄NO₃，需补充NH₃；故答案为：NO-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺；NH₃；
（3）物质组成类型相同，溶度积越小，溶解度越小，滴加硫化钠，相应阳离子最先沉淀，故首先析出沉淀是CuS，
Fe²⁺最后沉淀，沉淀完全时该浓度为10^-5mol•L^-1，此时的S^2-的浓度为$\frac{6.3×1{0}^{-18}}{1{0}^{-5}}$mol/L=6.3×10^-13mol/L，
故答案为：CuS；6.3×10^-13mol/L．

点评 本题考查范围广，本题以学生比较陌生的物质为载体，考查学生阅读题目获取信息的能力、氧化还原反应计算、物质分离提纯、盐类水解、溶度积的有关计算与应用等，是在新情境下综合运用知识解决问题的能力的考查，题目有一定的难度．