Question

11．脫去冶金工業(yè)排放煙氣中SO₂的方法有多種．
（1）利用本生（Bunsen）熱化學(xué)循環(huán)吸收SO₂工藝由下列三個(gè)反應(yīng)組成：
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（I）△H₁=-572kJ•mol^-1
2HI（g）═H₂（g）+I₂（g）△H₂=+10kJ•mol^-1
2H₂SO₄（I）═2SO₂（g）+2H₂O（g）+O₂（g）△H₃=+462kJ•mol^-1
則得SO₂（g）+I₂（g）+2H₂O（I）═2HI （g）+H₂SO₄（I）△H=+45 kJ•mol^-1
（2）氧化鋅吸收法．配制ZnO懸濁液，在吸收塔中封閉循環(huán)脫硫．測得pH、吸收效率η隨時(shí)間t的變化如圖1所示；溶液中部分微粒與PH的關(guān)系如圖2所示．

①為提高SO₂的吸收效率η，可采取的措施有：增大懸濁液中ZnO的量、調(diào)節(jié)溶液的pH至6.8以上．
②圖1中的pH-t曲線ab段發(fā)生的主要化學(xué)方程式為ZnSO₃+SO₂+H₂O=Zn（HSO₃）₂
③pH=7時(shí)，溶液中$\frac{c（Z{n}^{2+}）}{c（S{O}_{3}^{2-}）}$=$\frac{3}{2}$
（3）如圖3所示，利用惰性電解電解含SO₂的煙氣回收S及H₂SO₄，以實(shí)現(xiàn)廢物利用．
①陰極的電極反應(yīng)式為SO₂+4H⁺+4e^-=S↓+2H₂O．
②每處理含19.2g SO₂的煙氣，理論上回收S、H₂SO₄的物質(zhì)的量分別為0.1mol、0.2mol．

Answer 1

分析 （1）①2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（I）△H₁=-572kJ•mol^-1
②2HI（g）═H₂（g）+I₂（g）△H₂=+10kJ•mol^-1
③2H₂SO₄（I）═2SO₂（g）+2H₂O（g）+O₂（g）△H₃=+462kJ•mol^-1
結(jié)合蓋斯定律計(jì)算，（①+2×②+③）×$\frac{1}{2}$得到熱化學(xué)方程式為：2HI （g）+H₂SO₄（I）=SO₂（g）+I₂（g）+2H₂O（I）△H=-90KJ/mol，方向改變得所需熱化學(xué)方程式；
（2）①根據(jù)圖1中SO₂的吸收效率η與時(shí)間、溶液的pH的關(guān)系對(duì)各選項(xiàng)進(jìn)行判斷；
②ab段溶液的pH介于4～6之間，結(jié)合圖2可知，該pH條件下溶液中主要存在亞硫酸氫根離子，則pH-t曲線ab段發(fā)生反應(yīng)為亞硫酸鋅與二氧化硫反應(yīng)生成亞硫酸氫鋅；
③根據(jù)圖2可知，當(dāng)溶液的pH=7時(shí)，溶液的亞硫酸氫根離子和亞硫酸根離子相同，物質(zhì)的量之比圖形中可知為1：1；
（3）利用惰性電解電解含SO₂的煙氣回收S及H₂SO₄，以實(shí)現(xiàn)廢物利用，陰極上是二氧化硫得到電子生成硫單質(zhì)，陽極上是二氧化硫失電子被氧化生成硫酸，
①陰極上是二氧化硫得到電子生成硫單質(zhì)；
②每處理含19.2g SO₂的煙氣，理論上回收S、H₂SO₄的物質(zhì)的量結(jié)合陽極和陰極電極反應(yīng)和電子守恒計(jì)算；

解答 解：（1）①2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（I）△H₁=-572kJ•mol^-1
②2HI（g）═H₂（g）+I₂（g）△H₂=+10kJ•mol^-1
③2H₂SO₄（I）═2SO₂（g）+2H₂O（g）+O₂（g）△H₃=+462kJ•mol^-1
結(jié)合蓋斯定律計(jì)算，（①+2×②+③）×$\frac{1}{2}$得到熱化學(xué)方程式為：2HI （g）+H₂SO₄（I）=SO₂（g）+I₂（g）+2H₂O（I）△H=-45KJ/mol，方向改變得所需熱化學(xué)方程式：SO₂（g）+I₂（g）+2H₂O（I）═2HI （g）+H₂SO₄（I）△H=+45KJ/mol，
故答案為：+45；
（2）①增大懸濁液中ZnO的量，可以充分吸收二氧化硫，從而提高吸收效率，根據(jù)圖1中吸收效率與溶液的Ph關(guān)系看，溶液的pH越低，吸收效率越低，為提高SO₂的吸收效率η，增大懸濁液中ZnO的量，溶液的pH在6.8以上時(shí)吸收效率最增大，
故答案為：調(diào)節(jié)溶液的pH至6.8以上；
  ②段溶液的pH介于4～6之間，結(jié)合圖2可知，該pH條件下溶液中主要存在亞硫酸氫根離子，則pH-t曲線ab段發(fā)生的主要反應(yīng)為：ZnSO₃+SO₂+H₂O=Zn （HSO₃）₂，
故答案為：ZnSO₃+SO₂+H₂O=Zn（HSO₃）₂；
 ③根據(jù)圖2可知，當(dāng)溶液的pH=7時(shí)，溶液的亞硫酸氫根離子和亞硫酸根離子相同，物質(zhì)的量之比圖形中可知為1：1，ZnSO₃，Zn（HSO₃）₂按照1：0.5混合，鋅離子和亞硫酸根離子物質(zhì)的量之比=$\frac{3}{2}$，
故答案為：$\frac{3}{2}$；
（3）①陰極上是二氧化硫得到電子生成硫單質(zhì)，電極反應(yīng)為：SO₂+4H⁺+4e^-=S↓+2H₂O，
故答案為：SO₂+4H⁺+4e^-=S↓+2H₂O；      
②每處理含19.2g SO₂的煙氣物質(zhì)的量=$\frac{19.2g}{64g/mol}$=0.3mol，陰極上是二氧化硫得到電子生成硫單質(zhì)，電極反應(yīng)為：SO₂+4H⁺+4e^-=S↓+2H₂O，陽極電極反應(yīng)為：SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺，電子守恒得到S～2H₂SO₄～4e^-，
理論上回收S、H₂SO₄的物質(zhì)的量分別為0.1mol，0.2mol，
故答案為：0.1mol、0.2mol．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了熱化學(xué)方程式書寫和蓋斯定律的計(jì)算應(yīng)用、圖象變化的特征、電解池原理和電極反應(yīng)書寫等知識(shí)點(diǎn)，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．