Question

11．某科研单位利用电化学原理用SO₂来制备硫酸，装置如图，含有某种催
化剂．电极为多孔的材料，能吸附气体，同时也能使气体与电解质溶液充分接触．
（1）通入SO₂的电极为负极，其电极反应式为SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；，此电极区
pH减小（填“增大”“减小”或“不变”）．
（2）若通入SO₂的速率为2.24L/min（标准状况），为稳定持续生产，硫酸溶液的浓度应维持不变，则左侧水的流入速率是13.2mL•min^-1（结果用 mL/min表示）
（3）以此电源电解足量的硝酸银溶液，若阴极产物的质量为21.6g，则阳极产生气体标准状况下体积为1.12 L．
（4）常温时，BaSO₄的Ksp=1.08×10^-10．现将等体积的BaCl₂溶液与3.5×10^-3mol/L的Na₂SO₄溶液混合．若要生成BaSO₄沉淀，BaCl₂溶液的最小浓度为1.234×10^-7 mol/L．
（5）已知：Fe₂O₃（s）+3C（石墨）═2Fe（s）+3CO（g）△H=+489.0kJ•mol^-1
CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H=-283.0kJ•mol^-1
C（石墨）+O₂（g）═CO₂ （g）△H=-393.5kJ•mol^-1
则4Fe（s）+3O₂（g）═2Fe₂O₃（s）的△H为-1 641.0 kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）原电池负极发生氧化反应，SO₂被氧化生成SO₄^2-；电池的总反应式为：2SO₂+2H₂O+O₂=2H₂SO₄，根据方程式计算，注意硫酸的浓度不变；
（2）1min内n（SO₂）=$\frac{2.24L/min×1min}{22.4L/mol}$=0.1mol，
设1min内通入xmol水，
则有：$\frac{98×0.1}{0.1×64+18x}$=50%
x=0.73（mol），
V（H₂O）=0.73×18=13.2mL，由此解答；
（3）依据消耗的氧气的量计算转移电子数，依据转移电子守恒，计算生成气体的体积；
（4）计算混合后硫酸根的浓度，根据K_sp（BaSO₄）=c（Ba²⁺）•c（SO₄^2-）计算硫酸根沉淀时溶液中c（Ba²⁺），原氯化钡溶液为此时钡离子浓度的2倍，注意溶液混合后各种物质的浓度降为原来的一半；
（5）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式；

解答 解：（1）原电池负极发生氧化反应，SO₂被氧化生成SO₄^2-，负极电极反应式为SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺，所以氢离子的浓度增大，pH减小，故答案为：负；SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；减小；
（2）1min内n（SO₂）=$\frac{2.24L/min×1min}{22.4L/mol}$=0.1mol，
设1min内通入xmol水，
则有：$\frac{98×0.1}{0.1×64+18x}$=50%
x=0.73（mol），
V（H₂O）=0.73×18=13.2mL，所以则左侧水的流入速率是13.2mL•min^-1，故答案为：13.2mL•min^-1；
（3）电解足量的硝酸银溶液，阳极为氢氧根失电子生成氧气，阴极上发生反应：Ag⁺+e^-=Ag，产物的质量为21.6g即0.2mol，转移电子是0.2mol，在阳极上：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，产生氧气的物质的量是0.05mol，体积是1.12L，故答案为：1.12；
（4）等体积混合后，c（SO₄^2-）=$\frac{1}{2}$×3.5×10^-3mol/L=1.75×10^-3mol/L，故BaSO₄沉淀所需Ba²⁺离子的最小浓度为c（Ba²⁺）=$\frac{1.08×1{0}^{-10}}{1.75×1{0}^{-3}}$mol/L=0.61714×10^-7mol/L，故原BaCl₂溶液的浓度为2×0.61714×10^-7mol/L=1.234×10^-7 mol/L，
故答案为：1.234×10^-7 mol/L； 
（5）Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H=+489.0kJ•mol^-1①
CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g），△H=-283.0kJ•mol^-1②
C（石墨）+O₂（g）=CO₂（g），△H=-393.5kJ•mol^-1③
运用盖斯定律，③×6-①×2-②×6，可得目标反应，4Fe（s）+3O₂（g）=2Fe₂O₃（s），△H=-393.5kJ•mol^-1×6-489.0kJ•mol^-1×2-（-283.0kJ•mol^-1）×6=-1641.0kJ•mol^-1，故答案为：-1641.0kJ•mol^-1．

点评 本题考查燃料电池、盖斯定律等知识点，会根据电池反应式确定正负极及电解质，会正确书写电极反应式，为高考高频点．