题目内容

7．明矾石经处理后得到明矾[KAl（SO4）2•12H2O]．从明矾制备Al、K2SO4和H2SO4的工艺过程如图所示：

焙烧明矾的化学方程式为：4KAl（SO4）2•12H2O+3S=2K2SO4+2Al2O3+9SO2↑+48H2O．
请回答下列问题：
（1）在焙烧明矾的反应中，还原剂是S （填化学式）
（2）工业由Al2O3冶炼Al的化学方程式为2Al2O3$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$4Al+3O2↑
（3）工业生产硫酸涉及如下过程：利用电化学法生产硫酸，可使绝大多数硫磺直接转化为SO3，已知下列反应的能量变化示意图：

①写出S（s）与O2（g）反应生成SO3（g）的热化学方程式S（s）+$\frac{3}{2}$O2（g）=SO3（g）△H=-395.7kJ/mol工业制硫酸的主要反应之一是将SO2转化为SO3．
②写出工业上将SO2转化为SO3的化学方程式2SO2+O2$?_{△}^{催化剂}$2SO3
③在恒温、恒容的密闭容器中，下列描述能说明②中反应已达化学平衡状态的是bc（填字母序号）．
a．容器中c（SO2）=c（SO3）                 b．生成1molO2的同时，生成2molSO3
c．容器中体系的总压强不随时间而变化        d．容器中混合气体的密度不随时间而变化
④一定温度下，在2L的恒容密闭容器中投入0.4molSO2和0.24molO2．达到平衡时，SO2的转化率为80%．则该温度下的化学平衡常数为400
（4）以Al和NiO（OH）为电极，NaOH溶液为电解液组成一种新型电池，放电时NiO（OH）转化为Ni（OH）2，该电池正极所发生的电极反应式为NiO（OH）+H2O+e-═Ni（OH）2+OH-
（5）焙烧948吨明矾（M=474g/mol），若SO2的利用率为96%，可生产质量分数为98%的硫酸432吨．

分析 （1）依据化学方程式中元素化合价变化分析判断，元素化合价升高的做还原剂发生氧化反应；
（2）用电解熔融的三氧化二铝制得铝；
（3）①由图可知，S（s）+O2（g）=SO2（g）△H=-297.0kJ/mol，SO2（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）=SO3（g）△H=-98.7kJ/mol，结合盖斯定律分析；
②SO2转化为SO3的化学方程式2SO2+O2$?_{△}^{催化剂}$2SO3；
③当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化，注意选择的物理量应随反应发生变化，该物理量由变化到不变化，说明到达平衡；
④根据化学平衡常数表达式K=$\frac{c{\;}^{2}（SO{\;}_{3}）}{c{\;}^{2}（SO{\;}_{2}）•c（O{\;}_{2}）}$计算；
（4）放电时NiO（OH）转化为Ni（OH）2，Ni元素化合价降低，被还原，应为原电池正极反应；
（5）根据硫原子守恒进行计算；

解答 解；（1）4KAl（SO4）2•12H2O+3S═2K2SO4+2Al2O3+9SO2+48H2O反应硫单质中硫元素化合价升高为+4价．硫酸根离子中硫元素化合价从+6价变化为+4价，复印纸还原剂是硫单质；
故答案为：S；
（2）用电解熔融的三氧化二铝制得铝，方程式为：2Al2O3$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$4Al+3O2↑，故答案为：2Al2O3$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$4Al+3O2↑；
（3）①由图可知，S（s）+O2（g）=SO2（g）△H=-297.0kJ/mol，SO2（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）=SO3（g）△H=-98.7kJ/mol，
由盖斯定律可知，两个反应相加可得S（s）+$\frac{3}{2}$O2（g）=SO3（g）△H=-297.0kJ/mol+（-98.7kJ/mol）=-395.7kJ/mol，
故答案为：S（s）+$\frac{3}{2}$O2（g）=SO3（g）△H=-395.7kJ/mol；
②SO2转化为SO3的化学方程式2SO2+O2$?_{△}^{催化剂}$2SO3；故答案为：2SO2+O2$?_{△}^{催化剂}$2SO3；
③a．容器中c（SO2）=c（SO3），不能说明到达平衡，故a错误；
b．生成1molO2的同时，生成2molSO3，则正逆反应速率相等，能说明到达平衡，故b正确；
c．该反应为压强减小的反应，则容器中体系的总压强不随时间而变化，能说明到达平衡，故c错误；
d．容器的容积不变，混合气体的总质量不变，混合气体密度始终不变，密度不随时间而变化，不能说明到达平衡，故d错误，
故选bc；
④根据反应的化学反应方程式：
    2SO2（g）+O2 （g）?2SO3（g），
开始0.4       0.24      0
转化0.4×80%=0.32 0.16   0.32
平衡0.08     0.08       0.32    
达到平衡时各组分的浓度为：c（SO2）=$\frac{0.08mol}{2L}$=0.04mol/L，c（O2）=0.04mol/L，c（SO3）=$\frac{0.32mol}{2L}$=0.16mol/L，
该温度下的平衡常数K=$\frac{c{\;}^{2}（SO{\;}_{3}）}{c{\;}^{2}（SO{\;}_{2}）•c（O{\;}_{2}）}$=$\frac{0.16{\;}^{2}}{0.04{\;}^{2}×0.04}$=400，故答案为：400；
（4）放电时NiO（OH）转化为Ni（OH）2，Ni元素化合价降低，被还原，应为原电池正极反应，电极方程式为NiO（OH）+H2O+e-═Ni（OH）2+OH-，
故答案为：NiO（OH）+H2O+e-═Ni（OH）2+OH-；
（5）明矾的物质的量=$\frac{948×10{\;}^{6}g}{474g/mol}$=2×106mol，根据方程式知，生成二氧化硫的物质的量=$\frac{2×10{\;}^{6}mol}{4}$=4.5×106mol，SO2的利用率为96%，根据硫原子守恒知，硫酸的物质的量=二氧化硫的物质的量=4.32×106mol，则98%的质量=$\frac{4.32×10{\;}^{6}mol×98g/mol}{98%}$=4.32×106g=432吨，故答案为：432．

点评 本题考查了氧化还原反应的分析，盖斯定律的计算，化学平衡的计算以及电极方程式的书写等，题目难度中等，试题有利于培养学生的逻辑推理能力，提高学生灵活运用基础知识解决实际问题的能力及化学计算能力．

练习册系列答案
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