Question

15．2SO₂（g）+2O₂（g）?2SO₃（g）是生产硫酸的主要反应之一．下表是原料气按V（SO₂）：V（O₂）：V（N₂）=7：11：82投料，在1.01×10⁵Pa时，不同温度下SO₂的平衡转化率．

温度/	400	500	600
SO2转化率/%	99.2	93.5	73.7

（1）该反应是放热反应（填“放热”或“吸热”）．
（2）400℃，1.01×10⁵Pa时，将含10 mol SO₂的原料气通入一密闭容器中进行反应，平衡时SO₂的物质的量是0.08mol．
（3）硫酸厂尾气（主要成分SO₂、O₂和N₂）中低浓度SO₂的吸收有很多方法．
①用氨水吸收上述尾气，若SO₂与氨水恰好反应得到碱性的（NH₄）₂SO₃溶液时，则有关该溶液的下列关系正确的是ac（填序号）．
a． c（NH₄⁺）+c（NH₃•H₂O）=2[c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（H₂SO₃）]
b． c（NH₄⁺）+c（H⁺）=c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（OH^-）
c． c（NH₄⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）
②用 MnO₂与水的悬浊液吸收上述尾气并生产MnSO₄．
a． 得到MnSO₄的化学方程式是H₂O+SO₂=H₂SO₃、MnO₂+H₂SO₃=MnSO₄+H₂O．
b．该吸收过程生成MnSO₄时，溶液的pH变化趋势如图甲，SO₂吸收率与溶液pH的关系如图乙． 图甲中pH变化是因为吸收中有部分SO₂被氧气氧化转化为H₂SO₄，生成H₂SO₄反应的化学方程式是2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄；由图乙可知pH的降低不利于SO₂的吸收（填“有利于”或“不利于”），用化学平衡移动原理解释其原因是溶液中存在SO₂+H₂O?H₂SO₃?H⁺+HSO₃^-，当溶液中酸性增强，平衡向左移动，使SO₂气体从体系中逸出．．

Answer 1

分析 （1）分析图表数据随温度升高二氧化硫转化率减小，平衡逆向进行，依据平衡原理分析判断反应热量变化；
（2）转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$，平衡量=起始量-消耗量计算得到；
（3）①尾气中SO₂与氨水恰好反应得到弱碱性的（NH₄）₂SO₃溶液，依据溶液中物料守恒、电荷守恒、离子浓度大小比较依据分析判断选项；
②a．二氧化硫溶于水生成亚硫酸具有还原性，被二氧化锰氧化为硫酸，二氧化锰被还原为锰离子；
b．二氧化硫被氧化为硫酸溶液PH减小，依据图象分析PH增大有利于二氧化硫的吸收，酸性越强越有利于二氧化硫逸出．

解答 解：（1）图表数据随温度升高二氧化硫转化率减小，平衡逆向进行，逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，
故答案为：放热；
（2）400℃，1.01×10⁵Pa时，将含10mol SO₂的原料气通入一密闭容器中进行反应，转化率=99.2%，平衡时SO₂的物质的量=10mol-10mol×99.2%=0.08mol，
故答为：0.08；
（3）①用氨水吸收上述尾气，若尾气中SO₂与氨水恰好反应得到弱碱性的（NH₄）₂SO₃溶液，
a．溶液中氮元素和硫元素遵循物料守恒，氮元素物质的量和硫元素物质的量之比为2：1，c（NH₄⁺）+c（NH₃•H₂O）=2[c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（H₂SO₃）]，故a正确；
b．溶液中存在电荷守恒，c（NH₄⁺）+c（H⁺）=2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（OH^-），故b错误；
c．弱碱性的（NH₄）₂SO₃溶液中离子浓度大小为：c（NH₄⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），故c正确；
故答案为：ac；
②a．二氧化硫溶于水生成亚硫酸具有还原性，被二氧化锰氧化为硫酸，二氧化锰被还原为锰离子，用MnO₂与水的悬浊液吸收上述尾气并生产MnSO₄，反应的化学方程式为：H₂O+SO₂=H₂SO₃ MnO₂+H₂SO₃=MnSO₄+H₂O；
故答案为：H₂O+SO₂=H₂SO₃、MnO₂+H₂SO₃=MnSO₄+H₂O；
b．图甲中pH变化是因为吸收中有部分SO₂转化为H₂SO₄生成H₂SO₄反应的化学方程式为：2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄，二氧化硫被氧化为硫酸溶液PH减小，依据图象分析PH增大有利于二氧化硫的吸收，酸性越强越有利于二氧化硫逸出，由图乙可知pH的降低，酸性增强，抑制亚硫酸电离，促进亚硫酸分解，溶液中存在SO₂+H₂O?H₂SO₃?H⁺+HSO₃^-，当溶液中酸性增强，平衡向左移动，使SO₂气体从体系中逸出；
故答案为：2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄；不利于；溶液中存在SO₂+H₂O?H₂SO₃?H⁺+HSO₃^-，当溶液中酸性增强，平衡向左移动，使SO₂气体从体系中逸出．

点评 本题考查了化学平衡影响因素分析，平衡计算，电解质溶液中电荷守恒、物料守恒、离子浓度大小比较，氧化还原反应原理的分析应用，掌握基础是关键，题目难度中等．