Question

8．硫单质及其化合物在工农业生产中有着重要的应用．
（1）己知25℃时：SO₂（g）+2CO（g）═2CO₂（g）+$\frac{1}{x}$S_x（s）△H=a kj/mol
2COS（g）+SO₂（g）═2CO₂（g）+$\frac{3}{x}$S_x（s）△H=b kj/mol
则COS（g）生成CO（g）与S_x（s）反应的热化学方程式是xCOS（g）=xCO（g）+S_x（s）△H=0.5x（b-a）kJ/mol
COS的电子式是．
（2）焦亚硫酸钠（Na₂S₂O₅）是常用的食品抗氧化剂之一，它一般由Na₂SO₃和SO₂直接反应获得．焦亚硫酸钠放置在空气中很容易被氧化，其反应方程式为Na₂S₂O₅+O₂=Na₂SO₄+SO₃
焦亚硫酸钠遇水后立即生成一种酸式盐，写出与水发生反应的化学方程式Na₂S₂O₅+H₂O=2NaHSO₃．
（3）工业上用硫碘开路循环联产氢气和硫酸的工艺流程如图1所示：
①写出反应器中发生反应的化学方程式是SO₂+x I₂+2H₂O═H₂SO₄+2HI_X，
若仅在SO₂的水溶液中滴加几滴碘水，$\frac{c（S{O}_{3}^{2-}）}{c（HS{O}_{3}^{-}）}$将减小（填“增大”、“减小”或“不确定”）．
②电渗析装置如图2所示，写出阳极的电极反应式2I_x^--2e^-=xI₂，
该装置中发生的总反应的化学方程式是2HI_x=（x-1）I₂+2HI．
③若向膜反应器中加入1molHI，在一定条件下n[I₂（g）]随时间（t）的变化关系如图3所示．
该温度下，反应平衡常数K=$\frac{1}{64}$，若将HI通入量变为原来的4倍，则平衡混合物中H₂所占体积分数为10%．

Answer 1

分析 （1）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，COS和二氧化碳为等电子体，等电子体微粒的结构相似；
（2）焦亚硫酸钠放置在空气中很容易被氧化，Na₂S₂O₅中硫元素化合价+4价，硫元素化合价升高为+6价，氧气中氧元素化合价降低，结合原子守恒书写化学方程式，焦亚硫酸钠遇水后立即生成一种酸式盐为亚硫酸氢钠；
（3）①由工艺流程图可知，SO₂、I₂、H₂O反应生成H₂SO₄、HI_X，配平书写方程式，若仅在SO₂的水溶液中滴加几滴碘水，会发生氧化还原反应，亚硫酸根离子被氧化为硫酸根离子，$\frac{[S{{O}_{3}}^{2-}]}{[HS{{O}_{3}}^{-}]}$=$\frac{[S{{O}_{3}}^{2-}][{H}^{+}]}{[HS{{O}_{3}}^{-}][{H}^{+}]}$=$\frac{Ka}{[{H}^{+}]}$；
②由图2可知，在阴极区I_x^-转化为I^-，在阳极区I_x^-转化为I₂，阳极区的H⁺通过交换膜进入阴极区，得以生成HI溶液，即电解HI_x生成I₂、HI；
③由图可知，2min内H₂物质的量的变化量，根据反应方程式写平衡表达式，结合平衡浓度计算平衡常数，若将HI通入量变为原来的4倍，反应前后气体体积不变，平衡不变，氢气所占体积分数即为氢气物质的量的分数．

解答 解：（1）①SO₂（g）+2CO（g）═2C0₂（g）+$\frac{1}{x}$S_x（s）△H=a kJ•mol^-1；
②2COS（g）+SO₂（g）═2CO₂（g）+$\frac{3}{x}$S_x（s）△H=b kJ•mol^-1．
依据盖斯定律（②-①×2）÷2得到：xCOS（g）=xCO（g）+S_x（s）△H=0.5x（b-a）kJ/mol，
COS和二氧化碳为等电子体，等电子体微粒的结构相似，所以该气体的电子式为，
故答案为：xCOS（g）=xCO（g）+S_x（s）△H=0.5x（b-a）kJ/mol；；
（2）焦亚硫酸钠放置在空气中很容易被氧化，Na₂S₂O₅中硫元素化合价+4价，硫元素化合价升高为+6价，氧气中氧元素化合价降低，结合原子守恒书写化学方程式为，Na₂S₂O₅+O₂=Na₂SO₄+SO₃，焦亚硫酸钠遇水后立即生成一种酸式盐为亚硫酸氢钠，反应的化学方程式为：Na₂S₂O₅+H₂O=2NaHSO₃ ，
故答案为：Na₂S₂O₅+O₂=Na₂SO₄+SO₃；Na₂S₂O₅+H₂O=2NaHSO₃ ；
（3）①由工艺流程图可知，SO₂、I₂、H₂O反应生成H₂SO₄、HI_X，反应方程式为：SO₂+x I₂+2H₂O═H₂SO₄+2HI_X，若仅在SO₂的水溶液中滴加几滴碘水，会发生氧化还原反应，亚硫酸根离子被氧化为硫酸根离子，$\frac{[S{{O}_{3}}^{2-}]}{[HS{{O}_{3}}^{-}]}$=$\frac{[S{{O}_{3}}^{2-}][{H}^{+}]}{[HS{{O}_{3}}^{-}][{H}^{+}]}$=$\frac{Ka}{[{H}^{+}]}$，反应过程中氢离子浓度增大，电离平衡常数不变，则比值减小，
故答案为：SO₂+x I₂+2H₂O═H₂SO₄+2HI_X，减小；
②由图2可知，在阴极区I_x^-转化为I^-，在阳极区I_x^-转化为I₂，所以阳极区发生的反应为：2I_x^--2e^-=xI₂，H⁺通过交换膜进入阴极区，得以生成HI溶液，即电解HI_x生成I₂、HI，反应方程式为：2HI_x═（x-1）I₂+2HI，
故答案为：2I_x^--2e^-=xI₂；2HI_x=（x-1）I₂+2HI；
③若向膜反应器中加入1molHI，反应为2HI?H₂+I₂，结合平衡三行计算列式计算，图象可知2min达到平衡状态，氢气物质的量为0.1mol，
                    2HI?H₂+I₂，
起始量（mol/L）     1    0    0
变化量（mol/L）    0.2   0.1  0.1
平衡量（mol/L）    0.8   0.1   0.1
反应前后气体体积不变，平衡常数可以利用物质的量代替平衡浓度计算，K=$\frac{0.1×0.1}{0．{8}^{2}}$=$\frac{1}{64}$，
若将HI通入量变为原来的4倍，反应前后气体体积不变，平衡不变，氢气所占体积分数即为氢气物质的量的分数=$\frac{0.1mol}{1mol}$×100%=10%，
故答案为：$\frac{1}{64}$；10%．

点评 本题考查盖斯定律计算、离子浓度大小比较、电解原理等，侧重于学生的分析能力的考查，为高考常见题型，题目难度中等，注意利用守恒思想比较溶液中微粒浓度大小．