Question

16．二氧化硫的转化是资源利用和环境保护的重要研究课题．将二氧化硫进行转化
利用有多种方法．
（1）已知2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
CaCO₃（s）═CaO（s）+CO₂（g）△H=+178.5kJ•mol^-1
CaSO₄（s）═CaO（s）+SO₃（g）△H=+401.9kJ•mol^-1
则“钙基固硫”的热化学方程式为：2CaCO（s）+2SO（g）+O（g）═2CaSO（s）+2CO（g）△H=-643400J•mol^-1
（2）可利用海水对含SO 的烟气进行脱硫，已知海水呈弱碱性，主要含有Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、SO^2-₄、Br^-、HCO-₃等离子．其工艺流程如图所示：

①向曝气池中通入空气的目的将H₂SO₃、HSO₃^-等氧化为SO₄^2-．
②通入空气后曝气池中的海水与天然海水相比，浓度有明显不同的离子是bd．
a．Cl^-   b．SO₄^2-    c．Br^-    d．HCO₃^-
（3）用NaOH溶液吸收烟气中的SO₂，将所得的Na₂SO₃溶液进行电解，可循环再生NaOH，同时得到H₂SO₄，其原理如题图1所示．（电极材料为石墨）
①b极的电极反应式为SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺．
②电解过程中a极区碱性明显增强，用平衡移动原理解释原因H₂O?H⁺+OH^-，在阴极H⁺放电生成H₂，c（H⁺）减小，水的电离平衡正向移动，碱性增强．
（4）氧化锌吸收法．配制ZnO悬浊液，在吸收塔中封闭循环脱硫，发生的主要反应为ZnO（s）+SO₂（g）=ZnSO₃（s），测得pH、吸收效率η随时间t的变化如题图2所示．
①pH-t曲线中cd段发生的主要反应的化学方程式为ZnSO₃+SO₂+H₂O=Zn（HSO₃）₂．
②为提高SO₂的吸收效率η，可采取的措施为增大悬浊液中ZnO的量或适当提高单位时间内烟气的循环次数．（任写一条）

Answer 1

分析 （1）已知①2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
②CaCO₃（s）═CaO（s）+CO₂（g）△H=+178.5kJ•mol^-1
③CaSO₄（s）═CaO（s）+SO₃（g）△H=+401.9kJ•mol^-1
依据盖斯定律计算①-2×（②-③）得到“钙基固硫”的热化学方程式；
（2）①含SO₂的烟气可利用海水脱硫，向曝气池中通入空气的目的是把H₂SO₃、HSO₃^-等氧化为SO₄^2-；
②由上一问可知硫酸根浓度肯定增大，天然海水呈弱碱性，通入空气后曝气池中的海水会生成酸性物质会消耗HCO₃^-，HCO₃^-会减少；
（3）①SO₃^2-放电的电极反应式为SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺，
②在阴极H⁺放电生成H₂，c（H⁺）减小，水的电离平衡H₂O?H⁺+OH^-正向移动，所以碱性增强；
（4）①cd段溶液的pH介于4～6之间，结合图3可知，该pH条件下溶液中主要存在亚硫酸氢根离子，则pH-t曲线cd段发生反应为亚硫酸锌与二氧化硫反应生成亚硫酸氢锌；
②根据图2中SO₂的吸收效率η与时间、溶液的pH的关系对各选项进行判断．

解答 解：（1）已知①2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ•mol^-1
②CaCO₃（s）═CaO（s）+CO₂（g）△H=+178.5kJ•mol^-1
③CaSO₄（s）═CaO（s）+SO₃（g）△H=+401.9kJ•mol^-1
依据盖斯定律计算①-2×（②-③）得到“钙基固硫”的热化学方程式为：2CaCO₃（s）+2SO₂（g）+O₂（g）═2CaSO₄（s）+2CO₂（g）△H=-643.4KJ/mol=-643400J/mol，
故答案为：2CaCO₃（s）+2SO₂（g）+O₂（g）═2CaSO₄（s）+2CO₂（g）△H=-643.4KJ/mol=-643400J/mol；
（2）①含SO₂的烟气可利用海水脱硫，向曝气池中通入空气的目的是把H₂SO₃、HSO₃^-等氧化为SO₄^2-，
故答案为：将H₂SO₃、HSO₃^-等氧化为SO₄^2-；
②由上一问可知硫酸根浓度肯定增大，天然海水呈弱碱性，通入空气后曝气池中的海水会生成酸性物质会消耗HCO₃^-，HCO₃^-会减少，
故答案为：bd；
（3）①SO₃^2-失去电子被氧化成SO₄^2-，电极反应式为：SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺，故答案为：SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺；
②在阴极H⁺放电生成H₂，c（H⁺）减小，水的电离平衡H₂O?H⁺+OH^-正向移动，所以碱性增强；
故答案为：H₂O?H⁺+OH^-，在阴极H⁺放电生成H₂，c（H⁺）减小，水的电离平衡正向移动，碱性增强；
（4）①cd段溶液的pH介于4～6之间，结合图3可知，该pH条件下溶液中主要存在亚硫酸氢根离子，则pH-t曲线cd段发生的主要反应为：ZnSO₃+SO₂+H₂O=Zn （HSO₃）₂，
故答案为：ZnSO₃+SO₂+H₂O=Zn （HSO₃）₂；
②增大悬浊液中ZnO的量，可以充分吸收二氧化硫，从而提高吸收效率，适当提高单位时间内烟气的循环次数，可以使二氧化硫充分吸收，从而提高了二氧化硫的吸收效率，
故答案为：增大悬浊液中ZnO的量或适当提高单位时间内烟气的循环次数；

点评 本题考查了热化学方程式书写、生产工艺流程、电解池原理的分析，是化学与技术的典型题目，仔细分析生产工艺流程，电解池阴极阳极的判断和电极反应式的书写是解题关键，注意图象的理解应用，题目难度中等．