Question

18．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）亚硫酸钠吸收法
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^一）＞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，左侧Pt（1）电极的反应式为SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；
碱性条件下，用右侧P（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各组分浓度不变，反应达到平衡状态；
②根据反应速率v=$\frac{△c}{△t}$计算；
③30min时，CO₂浓度减小，其他物质浓度不变，改变的条件是减小CO₂的浓度；根据平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（C{O}_{2}）•c（{S}_{2}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）}$计算；
（2）①Na₂SO₃溶液吸收SO₂生成NaHSO₃；
②常温下，当吸收至pH=6时，溶液呈酸性；
（3）Pt（1）电极进入SO₂，硫酸浓度增大，SO₂可知失电子，作负极；每molNO₂得电子4mol．

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，则反应速率表示为V（SO₂）=$\frac{0.6mol/L}{20min}$=0.03mol/（L•min），故答案为：0.03mol/（L•min）；
③30min时，CO₂浓度减小，其他物质浓度不变，改变的条件是减小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=$\frac{0.3×0．{6}^{2}}{0．{4}^{2}}$=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^-；
②常温下，当吸收至pH=6时，
a．根据电荷守恒，c（Na⁺）+c（H⁺）=2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（OH^-），所以c（Na⁺）+c（H⁺）＞c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（OH^-），故a正确；
b．根据物料守恒，当溶质完全为NaHSO₃时，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，c（OH^-）＜c（H⁺），故c错误；
d．HSO₃^-电离程度大于水解程度，pH=6，水电离出c（OH^-）=$\frac{1×1{0}^{-14}}{1×1{0}^{-6}}$=l×l0^-8 mol/L，故d正确；
故答案为：ad；
（3）SO₂在Pt（1）电极失电子生成SO₄^2-，电极反应式为SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺，NO₂中N的化合价为+4价，转化为0价的N₂，每molNO₂得电子4mol，若阳极转移电子6mol，则理论上处理NO₂气体为$\frac{6}{4}$=1.5mol．
故答案为：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；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．