Question

2．PM2.5（可入肺顆粒物）污染與能源使用的排放有關，SO₂、NO₂、氨氣以及揮發(fā)性有機物都是污染性氣體．旋轉噴霧干燥法是去除燃煤煙氣中二氧化硫的方法之一，工藝流程如圖1所示：
（1）寫出高速旋轉霧化器中發(fā)生反應的化學方程式2SO₂+O₂+2Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{△}$2 CaSO₄+2H₂O．
（2）在一定條件下，SO₂可被氧氣氧化，每生成8gSO₃氣體，放出9.83kJ的熱量．寫出該反應的熱化學方程式2SO₂（g）+O₂（g）=2SO₃（g）△=-196.6kJ/mol．
（3）500℃時，在催化劑存在條件下，分別將2molSO₂和1molO₂置于恒壓容器Ⅰ和恒容容器Ⅱ中（兩容器起始容積均為2L），充分反應，二者均達到平衡后：
①兩容器中SO₃的體積分數關系是Ⅰ＞Ⅱ（填“＞”、“＜”或“=”）．若測得容器II中的壓強減小了30%，則該溫度下的化學平衡常數K=1620．
②t₁時刻分別向兩容器的平衡體系中加入2molSO₃，則兩容器中SO₃的體積分數隨時間變化曲線圖圖2正確的是A（填序號）．
（4）用NaOH溶液吸取煙氣中的SO₂，將所得的Na₂SO₃溶液進行電解，可循環(huán)再生NaOH，同時得到H₂SO₄，其原理如圖3所示（電極材料為石墨）．
①圖中a極要連接電源的負極，C口流出的物質是硫酸（填名稱）．
②SO₃^2-放電的電極反應式為SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺．
③電解過程中陰極區(qū)堿性明顯增強，請用平衡移動原理解釋原因：H₂O?H⁺+OH^-，在陰極H⁺放電生成H₂，c（H⁺）減小，水的電離平衡正向移動，堿性增強．

Answer 1

分析 （1）高速旋轉霧化器中涉及反應為二氧化硫、氧氣和氫氧化鈣反應生成硫酸鈣；
（2）燃燒熱是1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物放出的熱量，根據每生成8g SO₃氣體，放出9.83kJ的熱量，求出生成2molSO₃氣體放出的熱量，據此寫出燃燒熱的化學方程式；
（3）①根據壓強對化學平衡移動的影響知識來回答，反應體系中，壓強之比等于物質的量之比，根據三段式計算平衡時各種物質的濃度，依據平衡常數表達式計算平衡常數；
②根據壓強對速率和平衡影響分析，恒壓容器I和恒容容器Ⅱ中，分別向兩容器的平衡體系中加入2mol SO₃，平衡逆向進行，氣體的物質的量增大，恒壓容器I的體積增大，恒容容器Ⅱ的體積不變壓強增大，則容器Ⅱ的反應速率快達到平衡所用時間短，壓強大平衡向生成SO₃向進行，則容器Ⅱ中SO₃含量高；
（4）①根據電解池中陰陽離子的移動方向：陽離子移向陰極可以判斷①圖中a極要連接電源的負極，SO₃^2-在陽極失去電子變成SO₄^2-，所以C口流出的物質是H₂SO₄；
②SO₃^2-失去電子被氧化成SO₄^2-；
③在陰極H⁺放電生成H₂，c（H⁺）減小，水的電離平衡H₂O?H⁺+OH^-正向移動，所以堿性增強．

解答 解：（1）高速旋轉霧化器中涉及反應為二氧化硫、氧氣和氫氧化鈣反應生成硫酸鈣，反應的方程式為：2SO₂+O₂+2Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{△}$2 CaSO₄+2H₂O，
故答案為：2SO₂+O₂+2Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{△}$2 CaSO₄+2H₂O；
（2）依據方程式2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），每生成8g 即0.1molSO₃氣體，放出9.83kJ的熱量，則生成2molSO₃氣體放出的熱量為196.6kJ，所以反應的熱化學方程式為：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196.6kJ/molKJ•mol^-1；
故答案為：2SO₂（g）+O₂（g）=2SO₃（g）△=-196.6kJ/mol；
（3）①對于反應：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），恒容容器相當于恒壓容器的基礎上加大壓強，化學平衡正向移動，SO₃的體積分數增大，所以Ⅰ＞Ⅱ；將2mol SO₂和1mol O₂置于恒容容器II中，設容器中SO₂的變化量為x，
      2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
初始量：2        1       0
變化量：x      0.5x      x
平衡量：2-x   1-0.5x     x
容器II中的壓強減小了30%，$\frac{3}{2-x+1-0.5x+x}$=$\frac{1}{1-30%}$  解得x=1.8mol；
則平衡時二氧化硫的物質的量為0.2mol，濃度為：$\frac{0.2mol}{2L}$=0.1mol/L；
氧氣的物質的量為0.1mol，濃度為：$\frac{0.1mol}{2L}$=0.05mol/L；
三氧化硫的物質的物質的量為1.8mol，濃度為：$\frac{1.8mol}{2L}$=0.9mol/L；
平衡常數K=$\frac{{C}^{2}（S{O}_{3}）}{{C}^{2}（S{O}_{2}）C（{O}_{2}）}$=$\frac{0.9×0.9}{0.1×0.1×0.05}$=1620；
故答案為：1620；
②恒壓容器I和恒容容器Ⅱ中，分別向兩容器的平衡體系中加入2mol SO₃，平衡逆向進行，氣體的物質的量增大，恒壓容器I的體積增大，恒容容器Ⅱ的體積不變壓強增大，則容器Ⅱ的反應速率快達到平衡所用時間短，壓強大平衡向生成SO₃向進行，則容器Ⅱ中SO₃含量高，所以圖A符合，
故答案為：A；
（4）①根據電解池中陰陽離子的移動方向：陽離子移向陰極可以判斷①圖中a極要連接電源的負極，SO₃^2-在陽極失去電子變成SO₄^2-，所以C口流出的物質是H₂SO₄，
故答案為：負；硫酸；
②SO₃^2-失去電子被氧化成SO₄^2-，電極反應式為：SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺，故答案為：SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺；
③在陰極H⁺放電生成H₂，c（H⁺）減小，水的電離平衡H₂O?H⁺+OH^-正向移動，所以堿性增強，
故答案為：H₂O?H⁺+OH^-，在陰極H⁺放電生成H₂，c（H⁺）減小，水的電離平衡正向移動，堿性增強．

點評 本題考查了方程式的書寫、平衡常數的計算、電解池工作原理，熟悉相關知識是解題關鍵，題目難度中等．