Question

15．含硫化合物是自然界中最为重要的自然资源之一，在生产生活中应用非常广泛．
（1）燃煤烟气的脱硫（除SO₂）技术和脱硝（除NO_x）技术是环境科学研究的热点．以下是用硫和氮的氧化物之间的相互转化联合进行的脱硫和脱硝技术反应的热化学方程式．
NO₂（g）+SO₂（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）+NO（g）△H=a kJ•mol^-1
2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=b kJ•mol^-1
①反应2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（l）=2H₂SO₄（l）的△H=2a+bkJ•mol^-1（用含a、b的代数式表示）．
②将SO₂通入硫酸铁溶液也能发生类似的反应．请写出该反应的离子方程式SO₂+2Fe³⁺+2H₂O=SO₄^2-+2Fe²⁺+4H⁺．
（2）MnSO₄是最重要的基础锰盐．工业上，生产MnSO₄的方法有多种．
①一种较为环保的方法是：利用纤维素水解产物还原软锰矿的方法生产MnSO₄，其反应方程式如下：（C₆H₁₀O₅）_n+n H₂SO₄→n（C₆H₁₁O₅）HSO₄
n（C₆H₁₁O₅）HSO₄+n H₂O→n C₆H₁₂O₆+n H₂SO₄
C₆H₁₂O₆+12H₂SO₄+12MnO₂→12MnSO₄+6CO₂↑+18H₂O
从理论上讲，每生产1吨MnSO₄需要的纤维素的质量为0.09t．
②软锰矿中都含有一定量的砷的化合物，如果不除砷很难达到饲料级的生产标准．工业上常用氧化剂来除去其中的砷．可以除去砷的氧化剂有：ClO^-、KMnO₄、（NH₄）₂S₂O₈、O₃、H₂O₂等，但在实际生产中，选用的氧化剂是软锰矿，可能的原因是降低成本，不增加新的杂质．
③在生产MnSO₄的浸出渣中常会产生一些硫磺，可以利用四氯乙烯来回收硫磺，回收硫磺过程中受外界影响较大的因素主要有：萃取温度、液固比等．下图1是上述3种因素对萃取硫磺质量影响的关系图．
 
请根据以上图表信息，选择最佳的萃取温度和液固比80℃、4：1．
（3）有人设想用电化学法将SO₂转化为H₂SO₄的原理如图2所示．
①该电解质溶液中质子的流向是从负极流向正极；（填“从正极流向负极”或“从负极流向正极”）
②写出该电池负极反应的电极反应方程式：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺．

Answer 1

分析 （1）①已知：①NO₂（g）+SO₂（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）+NO（g）△H=a kJ•mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=b kJ•mol^-1
由盖斯定律可知，方程式①×2+②可得2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（l）=2H₂SO₄（l），据此计算；
②铁离子具有氧化性能把二氧化硫氧化为硫酸根离子；
（2）①根据方程式中物质之间的关系计算；
②除杂质不能引入新的杂质，工业生产还有考虑成本；
③根据题中所给的图象分析；
（3）①原电池中阳离子向正极移动；
②负极上二氧化硫失电子生成硫酸根离子．

解答 解：（1）①已知：①NO₂（g）+SO₂（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）+NO（g）△H=a kJ•mol^-1
②2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=b kJ•mol^-1
由盖斯定律可知，方程式①×2+②可得2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（l）=2H₂SO₄（l），△H=2a+b kJ•mol^-1，
故答案为：2a+b；
②铁离子具有氧化性能把二氧化硫氧化为硫酸根离子，则SO₂通入硫酸铁溶液反应的离子方程式为SO₂+2Fe³⁺+2H₂O=SO₄^2-+2Fe²⁺+4H⁺；
故答案为：SO₂+2Fe³⁺+2H₂O=SO₄^2-+2Fe²⁺+4H⁺；
（2）①已知：（C₆H₁₀O₅）_n+n H₂SO₄→n（C₆H₁₁O₅）HSO₄
n（C₆H₁₁O₅）HSO₄+n H₂O→n C₆H₁₂O₆+n H₂SO₄
C₆H₁₂O₆+12H₂SO₄+12MnO₂→12MnSO₄+6CO₂↑+18H₂O
则（C₆H₁₀O₅）_n～～n（C₆H₁₁O₅）HSO₄～～n C₆H₁₂O₆～～12n MnSO₄
    162n                                          1812n
     xt                                             1t
解得x=0.09t；
故答案为：0.09t；
②除杂质不能引入新的杂质，所以不能选用ClO^-、KMnO₄、（NH₄）₂S₂O₈，工业生产还有考虑成本，选择软锰矿作氧化剂可以降低生成成本；
故答案为：降低成本，不增加新的杂质；
③由题中所给的图象可知，在80℃和液固比为4：1时，硫磺的萃取质量较大；
故答案为：80℃、4：1；
（3）①二氧化硫和氧气形成原电池，二氧化硫失电子为负极，氧气得电子为正极，溶液中阳离子向正极移动，所以电解质溶液中质子的流向是从负极流向正极；
故答案为：从负极流向正极；
②负极上二氧化硫失电子生成硫酸根离子，则负极电极方程式为：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；
故答案为：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺．

点评 本题考查了盖斯定律的应用、氧化还原反应和离子方程式的书写、有关方程式的计算原电池原理的应用，题目涉及的知识点较多，侧重于考查学生对基础知识的应用能力和计算能力，题目难度中等，注意对有关知识的掌握以及归纳整理．