Question

17．煤炭是我國(guó)的主要能源之一，與之伴生的二氧化硫（SO₂）和酸雨污染問(wèn)題較為突出，目前我國(guó)采用的控制方法是電廠煙氣脫硫．煙氣脫硫的原理是利用堿性物質(zhì)吸收并固定酸性的二氧化硫，主要有如下兩種方法：
Ⅰ．鈉堿循環(huán)法脫硫技術(shù)
（1）此法是利用Na₂SO₃溶液可脫除煙氣中的SO₂．Na₂SO₃可由NaOH溶液吸收SO₂制得，該反應(yīng)的離子方程式：2OH^-+SO₂═SO₃^2-+H₂O．
（2）NaOH溶液吸收SO₂的過(guò)程中，pH隨n（SO₃^2-）：n（HSO₃^-）變化關(guān)系如表：

n（SO32-）：n（HSO3-）	91：9	1：1	9：91
pH	8.2	7.2	6.2

①由表判斷，NaHSO₃溶液顯酸性，用化學(xué)平衡原理解釋：溶液中存在HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-，HSO₃^-+H₂O?H₂SO₃+OH^-，顯酸性是因其電離大于其水解．
②當(dāng)溶液呈中性時(shí)，離子濃度關(guān)系正確的是BC（填標(biāo)號(hào)）．
A．c（Na⁺）=c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（H₂SO₃）
B．c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）＞c（H^-）=c（OH^-）
C．c（Na⁺）=2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）
Ⅱ．石灰石脫硫法
此法是以石灰石為原料通過(guò)系列反應(yīng)將硫元素以CaSO₄的形式固定，從而降低SO₂的排放．但是煤炭燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的CO又會(huì)與CaSO₄發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，降低脫硫效率，相關(guān)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下：
CaSO₄（s）+CO（g）═CaO（s）+SO₂（g）+CO₂（g）△H₁=218.4kJ•mol^-1（反應(yīng)Ⅰ）
CaSO₄（s）+4CO（g）═CaS（s）+4CO₂（g）△H₂=-175.6kJ•mol^-1 （反應(yīng)Ⅱ）
請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）結(jié)合反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ?qū)懗鯟aSO₄（s）與CaS（s）反應(yīng)的熱化學(xué)方程式3CaSO₄ （s）+CaS（s）=4CaO（s）+4SO₂ （g）△H=1049.2kJ•mol^-1．
（2）對(duì)于氣體參與的反應(yīng)，表示平衡常數(shù) Kp時(shí)用氣體組分（B）的平衡壓強(qiáng)p（B）代替該氣體物質(zhì)的量濃度c（B），則反應(yīng)Ⅰ的Kp=$\frac{P（C{O}_{2}）P（S{O}_{2}）}{P（CO）}$（用表達(dá)式表示）．
（3）假設(shè)某溫度下，反應(yīng)Ⅰ的速率（v₁）小于反應(yīng)Ⅱ的速率（v₂），則下列反應(yīng)過(guò)程能量變化示意圖（如圖1所示）其中正確的是B（填標(biāo)號(hào)）．
（4）圖2為實(shí)驗(yàn)測(cè)得不同溫度下反應(yīng)體系中CO初始體積百分?jǐn)?shù)與平衡時(shí)固體產(chǎn)物中CaS質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的關(guān)系曲線，則降低該反應(yīng)體系中產(chǎn)生的SO₂生成量的措施有AB（填標(biāo)號(hào)）．

A．向該反應(yīng)體系中投入生石灰     B．在合適的溫度區(qū)間內(nèi)控制較低的反應(yīng)溫度
C．降低CO的初始體積百分?jǐn)?shù)     D．提高反應(yīng)體系的溫度．

Answer 1

分析 Ⅰ、（1）二氧化硫與氫氧化鈉反應(yīng)生成亞硫酸鈉和水；
（2）①由表格中的數(shù)據(jù)可知，HSO₃^-越多，酸性越強(qiáng)，則電離生成氫離子；
②吸收液呈中性時(shí)，溶質(zhì)為亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉，電離與水解的程度相等，結(jié)合電荷守恒解答；
Ⅱ、（1）根據(jù)蓋斯定律結(jié)合已知方程式進(jìn)行解答，反應(yīng)熱與化學(xué)計(jì)量數(shù)成正比；
（2）表示平衡常數(shù)Kp時(shí)用氣體組分（B）的平衡壓強(qiáng)p（B）代替該氣體物質(zhì)的量的濃度c（B），可根據(jù)平衡常數(shù)的表達(dá)式書(shū)寫(xiě)，平衡常數(shù)等于氣體生成物濃度冪之積除以氣體反應(yīng)物濃度冪之積；
（3）反應(yīng)Ⅰ為吸熱反應(yīng)，反應(yīng)Ⅱ?yàn)榉艧岱磻?yīng)，結(jié)合反應(yīng)物與生成物總能量大小之間的關(guān)系判斷；
（4）由反應(yīng)Ⅰ可知生成二氧化硫的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則低溫下不利于生成二氧化硫．

解答 解：Ⅰ、（1）二氧化硫與氫氧化鈉反應(yīng)的離子方程式：2OH^-+SO₂═SO₃^2-+H₂O，
故答案為：2OH^-+SO₂═SO₃^2-+H₂O；
（2）①由表格中的數(shù)據(jù)可知，溶液呈酸性，HSO₃^-越多，酸性越強(qiáng)，是因?yàn)槿芤褐写嬖冢篐SO₃?SO₃^2-+H⁺； HSO₃^-+H₂O?H₂SO₃+OH^-電離程度大于水解程度，溶液顯酸性，
故答案為：酸；溶液中存在HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-，HSO₃^-+H₂O?H₂SO₃+OH^-，顯酸性是因其電離大于其水解；
②吸收液呈中性時(shí)，溶質(zhì)為亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉，電離與水解的程度相等，
A．由電荷守恒可知，c（H⁺）+c（Na⁺）═2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（OH^-），中性溶液則c（H⁺）═c（OH^-），則c（Na⁺）═2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-），c（SO₃^2-）≠c（H₂SO₃），故A錯(cuò)誤；
B．SO₃^2-+H₂O?HSO₃^-+OH^-，HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-，亞硫酸兩步水解，則離子濃度為c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）＞c（H⁺）=c（OH^-），故B正確；
C．由電荷守恒可知，c（H⁺）+c（Na⁺）═2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（OH^-），中性溶液則c（H⁺）═c（OH^-），則c（Na⁺）═2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-），故C正確；
故答案為：BC；
Ⅱ、（1）CaSO₄ （s）+CO （g）?CaO（s）+SO₂ （g）+CO₂ （g）△H=218.4kJ•mol^-1（反應(yīng)Ⅰ）
CaSO₄（s）+4CO（g）?CaS（s）+4CO₂（g）△H₂=-175.6kJ•mol^-1 （反應(yīng)Ⅱ）根據(jù)蓋斯定律將反應(yīng)Ⅰ×4-反應(yīng)Ⅱ）得：3CaSO₄ （s）+CaS（s）=4CaO（s）+4SO₂ （g）△H=1049.2kJ•mol^-1，
故答案為：3CaSO₄ （s）+CaS（s）=4CaO（s）+4SO₂ （g）△H=1049.2kJ•mol^-1；
（2）由題意可知，平衡常數(shù)等于氣體生成物二氧化硫、二氧化碳濃度冪之積除以氣體反應(yīng)物一氧化氮濃度冪之積，所以反應(yīng)Ⅰ的Kp=$\frac{P（C{O}_{2}）P（S{O}_{2}）}{P（CO）}$，
故答案為：$\frac{P（C{O}_{2}）P（S{O}_{2}）}{P（CO）}$；
（3）反應(yīng)Ⅰ為吸熱反應(yīng)，反應(yīng)Ⅱ?yàn)榉艧岱磻?yīng)，則A、D錯(cuò)誤；反應(yīng)Ⅰ的速率（v₁）小于反應(yīng)Ⅱ的速率（v₂），則反應(yīng)Ⅱ的活化能較小，則C錯(cuò)誤、B正確，
故答案為：B；
（4）A．向該反應(yīng)體系中投入生灰石，可使更多的二氧化硫轉(zhuǎn)化為硫酸鈣，減少二氧化硫的排放，故A正確；
B．由反應(yīng)Ⅰ可知生成二氧化硫的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則低溫下不利于生成二氧化硫，則應(yīng)在合適的溫度區(qū)間內(nèi)控制較低的反應(yīng)溫度，故B正確；
C．由圖象可知，降低CO的初始體積百分?jǐn)?shù)，減小CaS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，增加二氧化硫的排放，故C錯(cuò)誤；
D．提高反應(yīng)體系的溫度，不利于二氧化硫的減少，故D錯(cuò)誤；
故答案為：AB．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了水解原理、離子濃度定性比較，蓋斯定律計(jì)算、化學(xué)反應(yīng)速率、平衡常數(shù)概念理解和計(jì)算應(yīng)用，圖象分析方法等，題目難度中等，明確反應(yīng)后溶質(zhì)組成為解答關(guān)鍵，注意掌握電荷守恒、物料守恒及鹽的水解原理在判斷離子濃度大小中的應(yīng)用方法．