Question

17．硫及其化合物在工业上有着广泛的应用．
完成下列填空：
（1）写出工业上以硫磺为原料生产硫酸的第一步反应方程式S+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$SO₂．
（2）工业上用过硫酸钾（K₂S₂O₈）测定钢铁中的锰含量，主要反应如下：
2Mn²⁺+5S₂O₈^2-+8H₂O→2MnO₄^-+10SO₄^2-+16H⁺
配平该反应方程式，氧化产物是MnO₄^-．
（3）用电解硫酸氢钾的方法制取过硫酸钾：HSO₄^-在阳极（填：“阳极”或“阴极”）反应生成S₂O₈^2-，另一极生成氢气，生成0.1mol的S₂O₈^2-同时可收集到0.2g氢气．
（4）已知硫酸的第二级电离并不完全：HSO₄^-H⁺+SO₄^2-（K_i=1.2×10^-2）；
在0.1mol/L的硫酸氢钾溶液中大约有30%的HSO₄^-电离，则该溶液中离子浓度由大到小排列第2位的离子是HSO₄^-，第4位的离子是SO₄^2-．往该溶液中加入硫酸氢钾固体并保持温度不变，则溶液中$\frac{c（{K}^{+}）}{c（HS{O}_{4}^{-}）}$减小（填：“增大”、“减小”或“不变”）
（5）已知：HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-K=1.02×10^-7
NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺ K=5.65×10^-10
往亚硫酸氢铵中加入一定量的氢氧化钡溶液，可能发生的反应离子方程式是cd（选填编号）．
a．HSO₃^-+Ba²⁺+OH^-→BaSO₃↓+H₂O
b．NH₄⁺+2HSO₃^-+2Ba²⁺+3OH^-→2BaSO₃↓+2H₂O+NH₃•H₂O
c．NH₄⁺+HSO₃^-+Ba²⁺+2OH^-→BaSO₃↓+H₂O+NH₃•H₂O
d．2NH₄⁺+4HSO₃^-+3Ba²⁺+6OH^-→3BaSO₃↓+4H₂O+2NH₃•H₂O+SO₃^2-．

Answer 1

分析 （1）以硫磺为原料生产硫酸的过程为硫燃烧生成二氧化硫，二氧化硫催化氧化生成三氧化硫，三氧化硫和水反应生成硫酸；
（2）反应中锰元素化合价+2价变化为+7价，电子转移5e^-，S₂O₈^2-中硫元素化合价+7价变化为SO₄^2-中 硫元素化合价+6价，电子转移2e^-，结合电子守恒和原子守恒配平书写得到反应的离子方程式，元素化合价升高的做还原剂被氧化，得到氧化产物；
（3）用铂电极电解硫酸氢钾溶液，在阳极上生成S₂O₈^2-，HSO₄^-离子在阳极失电子生成S₂O₈^2-，电极反应为：2HSO₄^--2e^-═S₂O₈^2-+2H⁺，结合电极反应电子守恒计算得到生成氢气的质量；
（4）已知硫酸的第二级电离并不完全，在0.1mol/L的硫酸氢钾溶液中大约有30%的HSO₄^-电离，溶液显酸性，则溶液中离子浓度大小为c（K⁺）＞c（HSO₄^-）＞c（H⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（OH^-），往该溶液中加入硫酸氢钾固体并保持温度不变，则溶液中c（HSO₄^-）、c（K⁺）浓度增大，但对于电离平衡，HSO₄^-?H⁺+SO₄^2-，硫酸氢根离子只电离不水解，氢离子浓度增大平衡逆向进行，电离程度减小，c（HSO₄^-）增大的多；
（5）已知：HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-K=1.02×10^-7，NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺ K=5.65×10^-10，亚硫酸氢根离子电离程度大于一水合氨的电离程度，所以亚硫酸氢铵溶液中滴入氢氧化钡溶液，氢氧根离子先和亚硫酸氢根离子反应，后与铵根离子结合生成一水合氨，反应中氢氧化钡量不同产物不同，不足量的氢氧化钡反应时需要满足化学式的组成比，
a．从选项中的离子方程式分析，HSO₃^-+Ba²⁺+OH^-→BaSO₃↓+H₂O是氢氧化钡不足量时的反应，只和亚硫酸氢根离子反应，则氢氧化钡电离出的钡离子和氢氧根离子全部反应，需要符合氢氧化钡化学式的组成比，；
b．选项中离子方程式分析，NH₄⁺+2HSO₃^-+2Ba²⁺+3OH^-→2BaSO₃↓+2H₂O+NH₃•H₂O，电离出2molBa²⁺，电离出的氢氧根离子为4mol，其中2molOH^-和2mol亚硫酸氢根离子反应，2molOH^-和2molNH₄⁺离子反应，是氢氧化钡和亚硫酸氢铵1：1恰好完全反应；
c．依据b分析可知，选项中离子方程式为氢氧化钡和亚硫酸氢铵1：1反应；
d．反应是4molNH₄HSO₃和3molBa（OH）₂的反应，6molOH^-离子先和4molHSO₃^-反应，剩余 2molOH^-离子再和2molNH₄⁺离子反应剩余2molNH₄⁺离子生成亚硫酸铵；

解答 解：（1）以硫磺为原料生产硫酸的过程为硫燃烧生成二氧化硫，二氧化硫催化氧化生成三氧化硫，三氧化硫和水反应生成硫酸，第一步反应的化学方程式为：S+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$SO₂，
故答案为：S+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$SO₂；
（2）反应中锰元素化合价+2价变化为+7价，电子转移5e^-，S₂O₈^2-中硫元素化合价+7价变化为SO₄^2-中 硫元素化合价+6价，电子转移2e^-，电子转移总数为10e^-，Mn²⁺前系数，2，S₂O₈^2-，前系数为5，结合原子守恒、电荷守恒配平书写离子方程式为：2Mn²⁺+5S₂O₈^2-+8H₂O=2MnO₄^-+10SO₄^2-+16H⁺，反应中锰元素化合价+2价变化为+7价，做还原剂被氧化生成氧化产物为MnO₄^-，
故答案为：2，5，8，2，10，16，MnO₄^-；
（3）用电解硫酸氢钾的方法制取过硫酸钾：阴离子在阳极失电子发生氧化反应，元素化合价分析可知硫元素化合价+6价变化为+7价，化合价升高失电子发生氧化反应生成S₂O₈^2-，HSO₄^-在阳极反应生成S₂O₈^2-，电极反应为：2HSO₄^--2e^-═S₂O₈^2-+2H⁺，另一极生成氢气，电极反应为2H⁺+2e^-=H₂↑，阳极电子守恒计算，生成0.1mol的S₂O₈^2-同时，电子转移0.2mol，S₂O₈^2-～H₂↑～2e^-，可收集到氢气物质的量0.1mol，质量=0.1mol×2g/mol=0.2g，
故答案为：阳极，0.2；
（4）已知硫酸的第二级电离并不完全，在0.1mol/L的硫酸氢钾溶液中大约有30%的HSO₄^-电离，溶液显酸性，则溶液中离子浓度大小为c（K⁺）＞c（HSO₄^-）＞c（H⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（OH^-），则该溶液中离子浓度由大到小排列第2位的离子是HSO₄^-，第4位的离子是SO₄^2-，往该溶液中加入硫酸氢钾固体并保持温度不变，则溶液中c（HSO₄^-）、c（K⁺）浓度增大，但对于电离平衡，HSO₄^-?H⁺+SO₄^2-，硫酸氢根离子只电离不水解，氢离子浓度增大平衡逆向进行，电离程度减小，c（HSO₄^-）增大的多，$\frac{c（{K}^{+}）}{c（HS{{O}_{4}}^{-}）}$比值减小，
故答案为：HSO₄^-，SO₄^2-，减小；
（5）已知：HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-K=1.02×10^-7，NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺ K=5.65×10^-10，亚硫酸氢根离子电离程度大于一水合氨的电离程度，所以亚硫酸氢铵溶液中滴入氢氧化钡溶液，氢氧根离子先和亚硫酸氢根离子反应，后与铵根离子结合生成一水合氨，反应中氢氧化钡量不同产物不同，不足量的氢氧化钡反应时需要满足化学式的组成比，
a．从选项中的离子方程式分析，HSO₃^-+Ba²⁺+OH^-→BaSO₃↓+H₂O是氢氧化钡不足量时的反应，只和亚硫酸氢根离子反应，则氢氧化钡电离出的钡离子和氢氧根离子全部反应，需要符合化学式的组成比，正确的应为2HSO₃^-+Ba²⁺+2OH^-→BaSO₃↓+2H₂O+SO₃^2-，故a错误；
b．选项中离子方程式分析，NH₄⁺+2HSO₃^-+2Ba²⁺+3OH^-→2BaSO₃↓+2H₂O+NH₃•H₂O，电离出2molBa²⁺，电离出的氢氧根离子为4mol，其中2molOH^-和2mol亚硫酸氢根离子反应，2molOH^-和2molNH₄⁺离子反应，正确的反应离子方程式为：NH₄⁺+HSO₃^-+Ba²⁺+2OH^-→BaSO₃↓+H₂O+NH₃•H₂O，故B错误；
c．依据b分析可知，选项中离子方程式为氢氧化钡和亚硫酸氢铵1：1反应的离子方程式，NH₄⁺+HSO₃^-+Ba²⁺+2OH^-→BaSO₃↓+H₂O+NH₃•H₂O，故c正确；
d.2NH₄⁺+4HSO₃^-+3Ba²⁺+6OH^-→3BaSO₃↓+4H₂O+2NH₃•H₂O+SO₃^2-，分析离子方程式，反应是4molNH₄HSO₃和3molBa（OH）₂的反应，6molOH^-离子先和4molHSO₃^-反应，剩余 2molOH^-离子再和2molNH₄⁺离子反应剩余2molNH₄⁺离子生成亚硫酸铵，反应的离子方程式正确，故d正确，
故答案为：cd．

点评 本题考查了氧化还原反应电子转移计算和离子方程式书写，弱电解质电离平衡影响因素，和量有关的离子方程式书写和判断，注意反应的量不同产物不同，题目难度中等．