Question

8．某工程技术人员在检测维修高铁时发现，某段铁轨大面积锈蚀，周围大面积森林枯萎．经调查发现附近有一个水泥厂，生产水泥原料是煤矸石，煅烧煤矸石产生二氧化硫污染空气形成酸雨造成的．政府部门为了我国国民的人身安全果断关闭水泥厂．

（1）用化学方程式表示SO₂形成硫酸型酸雨的反应：SO₂+H₂OH₂SO₃2H₂SO₃+O₂2H₂SO₄．
（2）已知1mol SO₂（g）氧化为1mol SO₃（g）的△H=-99kJ/mol．
2SO₂+O₂ $\stackrel{催化剂}{?}$2SO₃ 反应过程的能量变化如图a所示．
①图a中△H=-198kJ/mol；该反应通常用V₂O₅作催化剂，加V₂O₅会使图a中A点降低，理由是因为催化剂改变了反应历程，使活化能E降低．
②L（L₁、L₂）、X可分别代表压强或温度．图b表示L一定时，SO₂（g）的平衡转化率随X的变化关系．
a． X代表的物理量是温度．
b．判断L₁、L₂的大小关系，并简述理由：L₁＞L₂，2SO₂+O₂2SO₃反应的△H=-198kJ/mol，是放热反应．当压强一定时，温度升高，平衡左移，SO₂平衡转化率减小．
（3）钢铁锈蚀图示如图c所示：
①用箭头画出图c中电子的运动方向
②请你分析高铁铁轨锈蚀的原因是Fe-2e-=Fe²⁺；由于电解质溶液中有H₂CO₃溶液，电离出氢离子，2H⁺+2e^-=
H₂↑发生析氢腐蚀．电解质中又溶于氧气，O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，发生吸氧腐蚀．
（4）我国的科技人员为了消除SO₂的污染，利用原电池原理，变废为宝，设计由SO₂和O₂
来制备硫酸，设计装置如图d所示，电极A、B为多孔的材料．
①A极为正极（填“正极”或“负极”）．
②B极的电极反应式是SO₂+2H₂O-2e^-═SO₄^2-+4H⁺．

Answer 1

分析 （1）SO₂形成硫酸型酸雨的反应为：SO₂+H₂OH₂SO₃  2H₂SO₃+O₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2H₂SO₄；
（2）①根据参加反应SO₂的物质的量之比等于对应的△H之比；催化剂能够降低反应的活化能；
②该反应为气体体积减小的反应，如果增大压强，转化率大，反应是放热反应，升温平衡逆向进行，二氧化硫转化率减小，据此判断；
（3）①钢铁腐蚀铁作负极失去电子，C作正极；
②铁作负极失电子变亚铁离子，溶液中氢离子和溶解的氧气得电子，形成原电池；
（4））①该原电池中，负极上失电子被氧化，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，正极上投放的气体是氧气，正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，根据硫酸和水的出口方向知，B极是负极，A极是正极；
②B极上的电极反应二氧化硫失电子和水反应生成硫酸根离子和氢离子．

解答 解：（1）SO₂形成硫酸型酸雨的反应为：SO₂+H₂OH₂SO₃  2H₂SO₃+O₂2H₂SO₄；
故答案为：SO₂+H₂OH₂SO₃  2H₂SO₃+O₂2H₂SO₄；
（或2SO₂+O₂ 2SO₃SO₃+H₂O=H₂SO₄ ）

（2）①因1mol SO₂（g）氧化为1mol SO₃的△H=-99kJ•mol^-1，所以2molSO₂（g）氧化为2molSO₃的△H=-198kJ•mol^-1；催化剂能够降低反应的活化能；
故答案为：-198；因为催化剂改变了反应历程，使活化能E降低；
②a．由图可知，X越大，转化率越低，该反应正反应为气体体积减小的反应，如果增大压强，二氧化碳的转化率大，所以X表示温度；
故答案为：温度；
b．温度升高，转化率下降，平衡逆向移动，增大压强，转化率大，所以L₁＞L₂；
故答案为：L₁＞L₂；2SO₂+O₂ 2SO₃反应的△H=-198 kJ/mol，是放热反应．当压强一定时，温度升高，平衡左移，SO₂平衡转化率减小；
（3）①钢铁的腐蚀，铁作负极失去电子给正极的C，电子转移方向为：
故答案为：
②Fe-2e-=Fe²⁺； 由于电解质溶液中有H₂CO₃溶液，电离出氢离子，2H⁺+2e^-=
H₂↑发生析氢腐蚀．电解质中又溶于氧气，O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，发生吸氧腐蚀；
故答案为：Fe-2e-=Fe²⁺； 由于电解质溶液中有H₂CO₃溶液，电离出氢离子，2H⁺+2e^-=
H₂↑发生析氢腐蚀．电解质中又溶于氧气，O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，发生吸氧腐蚀；
（4）①该原电池中，负极上失电子被氧化，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，正极上投放的气体是氧气，正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，根据硫酸和水的出口方向知，B极是负极，A极是正极；
故答案为：正极；
②分析可知B极上的电极反应式为：SO₂+2H₂O-2e^-═SO₄^2-+4H⁺；
故答案为：SO₂+2H₂O-2e^-═SO₄^2-+4H⁺．

点评 本题考查反应能量变化、化学平衡常数及平衡状态的判断、氧化还原反应及识金属的腐蚀，涉及的题量较大，综合性强，题目难度中等．