Question

12．某硫酸厂用以下几种方法处理SO₂尾气．
（1）活性炭还原法反应原理：恒温恒容2C （s）+2SO₂（g）═S₂（g）+2CO₂（g）．反应进行到不同时间测得各物质的浓度如图1：
①第一次出现平衡的时间是第20min；
②0～20min反应速率表示为V（SO₂）=0.03mol/（L•min）；
③30min时，改变某一条件平衡发生移动，则改变的条件最有可能是减小CO₂的浓度；40min时，平衡常数值为0.675．
（2）亚硫酸钠吸牧法：①Na₂SO₃溶液吸收SO₂的离子方程式为SO₃^2-+SO₂+H₂O=2HSO₃^-；
②常温下，当吸收至pH=6时，吸收液中相关离子浓度关系一定正确的是ad（填序号）
a．c（Na⁺）+c（H⁺）＞c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（OH^-）
b．c（Na⁺）=c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+C（H₂SO₃）
c．c（Na⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）
d．水电离出c（OH^一）=l×l0^-8 mol/L，
（3）电化学处理法：如图2所示，Pt（1）电极的反应式为SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4 H⁺；碱性条件下，用Pt（2）电极排出的S₂O₄^2-溶液吸收NO₂，使其转化为N₂，同时有SO₃^2-生成．若阳极转移电子6mol，则理论上处理NO₂气体1.5mol．

Answer 1

分析 （1）①可逆反应到达平衡时，各组分浓度保持不变；
②根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（SO₂）；
③30min时瞬间，CO₂浓度降低，S₂的浓度不变，而后CO₂、S₂的浓度均增大，应是减小CO₂的浓度；
40min时的平衡常数和20min时相同，根据K=$\frac{c（{S}_{2}）×{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）}$计算平衡常数；
（2）①Na₂SO₃溶液与SO₂反应生成亚硫酸氢钠；
②a．根据电荷守恒判断；
b．溶液可能是NaHSO₃、Na₂SO₃混合溶液，根据物料守恒判断；
c．pH=6时溶液呈酸性，NaHSO₃溶液中HSO₃^-的电离程度大于其水解程度；
d．水电离出氢离子浓度等于溶液中氢氧根离子浓度；
（3）①由图可知，Pt_（1）电极上二氧化硫被氧化生成硫酸；
②根据电子转移守恒计算NO₂的物质的量．

解答 解：（1）①从图中可看出20min时各组分浓度不变，此时反应达到平衡，故答案为：20；
②0～20min时，SO₂浓度变化为1.0mol/L-0.4mol/L=0.6mol/L，故v（SO₂）=$\frac{0.6mol/L}{20min}$=0.03mol/（L•min），
故答案为：0.03mol/（L•min）；
③30min时瞬间，CO₂浓度降低，S₂的浓度不变，而后CO₂、S₂的浓度均增大，应是减小CO₂的浓度；
40min时的平衡常数和20min时相同，20min时，SO₂（g）=0.4mol/L，S₂（g）=0.3mol/L，CO₂（g）=0.6mol/L，则平衡常数K=$\frac{c（{S}_{2}）×{c}^{2}（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）}$=$\frac{0.3×0．{6}^{2}}{0．{4}^{2}}$=0.675，
故答案为：减小CO₂的浓度；0.675；
（2）①Na₂SO₃溶液吸收SO₂的离子方程式为SO₃^2-+SO₂+H₂O=2HSO₃^-，
故答案为：SO₃^2-+SO₂+H₂O=2HSO₃^-；
②a．根据电荷守恒：c（Na⁺）+c（H⁺）=2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（OH^-），故溶液中c（Na⁺）+c（H⁺）＞c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（OH^-），故a正确；
b．当溶质为NaHSO₃时，溶液中S元素以SO₃^2-、HSO₃^-、H₂SO₃形式存在，Na元素与硫元素物质的量之比为1：1，故溶液中c（Na⁺）=c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（H₂SO₃），若还存在Na₂SO₃，则c（Na⁺）＞c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（H₂SO₃），故b错误；
c．pH=6时溶液呈酸性，NaHSO₃溶液中HSO₃^-的电离程度大于其水解程度，故溶液中c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-），故c错误；
d．水电离出氢离子浓度等于溶液中氢氧根离子浓度，由于溶液的pH=6，水电离出c（OH^-）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-6}}$mol/L=l×l0^-8 mol/L，故d正确，
故答案为：ad；
（3）①由图可知，Pt_（1）电极上二氧化硫被氧化生成硫酸，电极反应式为：SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4 H⁺，
故答案为：SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4 H⁺；
②NO₂转化为N₂，根据电子转移守恒可知处理NO₂的物质的量为$\frac{6mol}{4}$=1.5mol，
故答案为：1.5．

点评 本题考查反应速率计算、化学平衡计算与影响因素、离子浓度比较、电极反应式书写、电解池有关计算等，需要学生具备扎实的基础，侧重考查学生对知识的迁移应用，难度中等．