Question

【題目】目前處理煙氣中的SO2有三種方法：液吸法、還原法、電化學(xué)法。

I.液吸法

25℃，Kb(NH3·H2O)=1.8×10－5；H2SO3：Ka1=1.5×10－2，Ka2=1.0×10－7；Ksp(CaSO4)=7.1×10－5

第1步：用過量濃氨水吸收SO2，并在空氣中氧化。

第2步：加入石灰水，發(fā)生反應(yīng)Ca2++2OH－+2NH4++SO42－CaSO4↓+2NH3·H2O。

(1)25℃，(NH4)2SO3溶液呈___________(填“酸性”、“堿性”、“中性”)

(2)通過計(jì)算第2步反應(yīng)的K判斷第2步反應(yīng)___________(填“能”或“不能”)進(jìn)行完全。(一般認(rèn)為K>105時(shí)反應(yīng)就進(jìn)行完全了。)

Ⅱ.還原法

已知：①2CO(g)+SO2(g)S(l)+2CO2(g) △H1=－37.0kJ·mo1－1

②2H2(g)+SO2(g)S(1)+2H2O(g) △H2=+45.0kJ·mo1－1

③2CO(g)+O2(g)==2CO2(g) △H3=－566.0 kJ·mol－1

④2H2(g)+O2(g)==2H2O(g) △H4=－484.0kJ·mo1－1

(1)寫出液態(tài)硫(S)燃燒的熱化學(xué)方程式_________________________________。

(2)一定壓強(qiáng)下，反應(yīng)①SO2的平衡轉(zhuǎn)化率[α(SO2)]與投料比的比值溫度(T)的關(guān)系如圖所示。

則CO的平衡轉(zhuǎn)化率：N___________M(填“＞”、“＜”、“=”，下同)；逆反應(yīng)速率：N___________P。

Ⅲ.電化學(xué)法

(1)原電池法：寫出SO2、O2和稀H2SO4所構(gòu)成的原電池的負(fù)極反應(yīng)式___________。

(2)電解法：先用Na2SO4溶液吸收煙氣中的SO2，再用離子膜電解法電解吸收液得到單質(zhì)硫，同時(shí)在陽(yáng)極得到副產(chǎn)物氧氣，裝置如下圖所示。

①b為電源的___________(填“正極”或“負(fù)極”)。

②用Na2SO4溶液代替水吸收煙氣中的SO2，目的是______________________。

③若電解一段時(shí)間后通過質(zhì)子交換膜的離子數(shù)為1.204×1024個(gè)，則通過處理煙氣理論上能得到硫___________Kg。

Answer 1

【答案】堿性 能 -529.0 kJ·mol－1 > < 正極 增強(qiáng)溶液導(dǎo)電能力，加快電解速率 16

【解析】

I. (1) 根據(jù)Kb(NH3·H2O)=1.8×10－5、H2SO3的Ka2=1.0×10－7分析25℃，(NH4)2SO3溶液的酸堿性；(2) ；Ⅱ. (1)根據(jù)蓋斯定律計(jì)算液態(tài)硫(S)燃燒的焓變；(2)相同溫度下，越大，α(SO2)越大，根據(jù)圖示可知；溫度越高反應(yīng)速率越快；Ⅲ. (1) SO2中的S是+4價(jià),反應(yīng)時(shí)升高到+6價(jià),所以發(fā)生氧化反應(yīng),是原電池的負(fù)極；（2）①用離子膜電解法電解吸收液得到單質(zhì)硫，硫元素化合價(jià)降低發(fā)生還原反應(yīng)，在電解池的陰極，同時(shí)溶液中氫氧根離子在陽(yáng)極失電子生成氧氣，由于銅是活潑電極，所以銅電極做陰極，鉑棒做陽(yáng)極，電源正極連接陽(yáng)極，電源負(fù)極接陰極；②從溶液導(dǎo)電能力和電解原理分析；③陰極是二氧化硫在酸性溶液中得到電子生成單質(zhì)硫，通過質(zhì)子交換膜的離子數(shù)與轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等。

I. (1) Kb(NH3·H2O)=1.8×10－5大于H2SO3的Ka2=1.0×10－7，所以NH4+的水解程度小于SO32－，所以25℃，(NH4)2SO3溶液的顯堿性；(2)

所以第2步反應(yīng)能完全進(jìn)行。

Ⅱ. (1)②2H2(g)+SO2(g)S(1)+2H2O(g) △H2=+45.0kJ·mo1－1

④2H2(g)+O2(g)==2H2O(g) △H4=－484.0kJ·mo1－1

根據(jù)蓋斯定律，④-②得液態(tài)硫(S)燃燒的熱化學(xué)方程式 -529.0 kJ·mol－1；(2)相同溫度下，越大，α(SO2)越大，根據(jù)圖示可知，M、N點(diǎn)α(SO2)相等，M點(diǎn)CO的投放大于N，所以CO的平衡轉(zhuǎn)化率：N>M；溫度越高反應(yīng)速率越快，P點(diǎn)的溫度大于N，所以逆反應(yīng)速率：N<P。；Ⅲ. (1) SO2、O2和稀H2SO4所構(gòu)成的原電池，SO2在負(fù)極失電子生成SO42－，負(fù)極反應(yīng)式是；（2）①用離子膜電解法電解吸收液得到單質(zhì)硫，硫元素化合價(jià)降低發(fā)生還原反應(yīng)，該反應(yīng)在電解池的陰極發(fā)生，同時(shí)溶液中氫氧根離子在陽(yáng)極失電子生成氧氣，由于銅是活潑電極，所以銅電極做陰極，鉑棒做陽(yáng)極，電源正極連接陽(yáng)極，電源負(fù)極連接陰極，故b是電源正極；②Na2SO4溶液代替水吸收煙氣中的SO2，電解過程中可以增強(qiáng)溶液導(dǎo)電能力，加快電解速率；③陰極是二氧化硫在酸性溶液中得到電子生成單質(zhì)硫，電極反應(yīng)為：SO2+4H++4e-═S+2H2O；通過質(zhì)子交換膜的離子數(shù)為1.204×1024個(gè)，其物質(zhì)的量為2mol，依據(jù)電極反應(yīng)中定量關(guān)系計(jì)算，每通過4mol氫離子，生成硫單質(zhì)1mol，則通過2mol氫離子可生成硫單質(zhì)0.5mol，質(zhì)量為0.5mol×32g/mol=16g。