Question

12．硫在地壳中主要以硫化物、硫酸盐等形式存在，其单质和化合物在工农业生产中有着重要的应用．
（1）某科研小组用SO₂为原料制取硫酸．
①利用原电池原理，用SO₂、O₂和H₂O来制备硫酸，该电池用多孔材料作电极，它能吸附气体，同时也能使气体与电解质溶液充分接触．请写出该电池的负极的电极反应式②用Na₂SO₃溶液充分吸收SO₂得NaHSO₃溶液，然后电解该溶液可制得硫酸．电解原理示意图如图1所示．电解时阳极区会产生气体，产生气体的原因是在阳极区HSO₃^-放电生成H⁺，H⁺与HSO₃^-反应产生SO₂
（2）碘循环工艺不仅能吸收SO₂降低环境污染，同时又能制得氢气，具体流程如图2：
①用离子方程式表示反应器中发生的反应是SO₂+I₂+2H₂O=SO₄^2-+2I^-+4H⁺．
②用化学平衡移动的原理分析，在HI分解反应中使用膜反应器分离出H₂的目的是HI分解为可逆反应，及时分离出产物H₂，有利于反应正向进行
（3）氢化亚铜是一种红色固体，可由硫酸铜为原理制备
4CuSO₄+3H₃PO₂+6H₂O=4CuH↓+4H₂SO₄+3H₃PO₄．
①该反应中还原剂是H₃PO₂（写化学式）．
②该反应每生成1molCuH，转移的电子物质的量为3mol
（4）硫酸铜晶体常用来制取波尔多液，加热时可以制备无水硫酸铜．将25.0g胆矾晶体放在坩埚中加热测定晶体中结晶水的含量，固体质量随温度的升高而变化的曲线如图3．
请分析如图，填写下列空白：
①30℃～110℃间所得固体的化学式是CuSO₄•3H₂O
②650℃～1000℃间所得固体的化学式是CuO

Answer 1

分析 （1）①依据原电池原理，负极是失电子发生氧化反应，二氧化硫失电子生成硫酸的过程；
②根据化合价变化判断阳极反应物质，写出阳极反应式，根据电极方程判断．
（2）①从流程图可知，在反应器中，I₂氧化SO₂，生成硫酸和HI；
②HI分解是可逆反应，分离出氢气有利于平衡正向移动．
（3）①从还原剂的概念出发分析反应物的价态变化即可；
②从价态变化出发分析得失电子总数解答；
（4）①由图示数据可知，失去水的质量为：25.0g×14.4%=3.6g，根据关系式：CuSO₄•5H₂O～CuSO₄•XH₂O利用差量法求出X，从而得出化学式；
②25.0g胆矾的物质的量为0.1mol，650℃～1000℃间所得固体的质量为8.0g，根据Cu元素守恒计算，0.1molCuO的质量为8.0g．

解答 解：①该原电池中，负极上失电子被氧化，二氧化硫到硫酸，硫的化合价升高，所以负极上投放的气体是二氧化硫，二氧化硫失电子和水反应生成硫酸根离子和氢离子，所以负极上的电极反应式为：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺，
故答案为：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺；
②电解池中阳极和电源正极相连，失去电子，发生氧化反应，电解NaHSO₃溶液可制得硫酸，硫的化合价升高，所以阳极是HSO₃^-溶液失去电子被氧化生成SO₄^2-，则阳极电极反应式是：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺，生成的H⁺与HSO₃^-反应产生SO₂；
故答案为：在阳极区HSO₃^-放电生成H⁺，H⁺与HSO₃^-反应产生SO₂；
（2）①从流程图可知，在反应器中，I₂氧化SO₂，生成硫酸和HI，反应方程式为SO₂+I₂+2H₂O=SO₄^2-+2I^-+4H⁺，故答案为：SO₂+I₂+2H₂O=SO₄^2-+2I^-+4H⁺；
②HI分解为可逆反应，及时分离出产物H₂，降低生成物浓度，有利于反应正向进行，故答案为：HI分解为可逆反应，及时分离出产物H₂，有利于反应正向进行．
（3）①从反应4CuSO₄+3H₃PO₂+6H₂O=4CuH↓+4H₂SO₄+3H₃PO₄分析，Cu从+2价变成+1，H从+1价变成-1价，P从+1价变成+5价，还原剂化合价升高，故该反应的还原剂是H₃PO₂，故答案为：H₃PO₂；
②Cu从+2价变成+1，4molCu得到4mol电子，H从+1价变成-1价，4mol-1价的H得到8mol电子，共得电子12mol，即每生成4molCuH转移电子12mol，所以每生成1molCuH，转移电子3mol电子，故答案为：3mol；
（4）①CuSO₄•5H₂O～CuSO₄•XH₂O△m
       250                  18（5-x）
      25.0g                 3.6g
则$\frac{250}{25.0g}$=$\frac{18（5-x）}{3.6g}$，
解得：X=3，所以在110℃时所得固体的成分为CuSO₄•3H₂O，故答案为：CuSO₄•3H₂O；
②25.0g胆矾的物质的量为0.1mol，650℃～1000℃间所得固体的质量为8.0g，Cu元素守恒可知，该固体中含有0.1molCu元素，而0.1molCuO的质量为恰好8.0g，所以该固体为CuO，故答案为：CuO．

点评 本题考查了原电池原理和电解池原理的应用、氧化还原反应、有关方程式的计算等，题目难度中等，侧重于考查学生对基础知识的综合应用能力．注意差量法在化学计算中的应用．