Question

（14分）工業廢氣、汽車尾氣排放出的SO₂、NO_x等，是形成霧霾的重要因素。霾是由空氣中的灰塵、硫酸、硝酸、有機碳氫化合物等粒子形成的煙霧。
（1）大氣中的SO₂在煙塵的催化下形成硫酸的反應方程式是____________________。
（2）已知2SO₂ (g)+ O₂ (g) 2SO₃(g) △H＝－196kJ/mol，提高反應中SO₂的轉化率，是減少SO₂排放的有效措施。
①T溫度時，在2L容積固定不變的密閉容器中加入2.0 mol SO₂和1.0 mol O₂，5 min后反應達到平衡，二氧化硫的轉化率為50%，則υ(O₂)＝____________。
②在①的條件下，判斷該反應達到平衡狀態的標志是_______(填字母)。

A．SO2、O2、SO3三者的濃度之比為2∶1∶2	B．容器內氣體的壓強不變
C．容器內混合氣體的密度保持不變	D．SO3的物質的量不再變化

E．SO₂的生成速率和SO₃的生成速率相等
③若反應初始時，在容器中加入1.5 mol SO₂和0.8 mol O₂，則平衡后二氧化硫的轉化率       氧氣的轉化率（填大于、小于或等于）。
（3）煙氣中的SO₂可以用NaOH溶液吸收，將所得的Na₂SO₃溶液進行電解，可循環再生NaOH，同時得到H₂SO₄，其原理如下圖所示。（電極材料為石墨）

①圖中a極要連接電源的（填“正”或“負”）_______極，C口流出的物質是_______。
②SO₃^2－放電的電極反應式為_____________________________________。
③電解過程中若消耗12.6gNa₂SO₃，則陰極區變化的質量為_______g(假設該過程中所有液體進出口密閉)。

Answer 1

（1）2SO₂+2H₂O+O₂=2H₂SO₄         （2）①0.05mol/(L·min)  ② BDE ③大于
（3）①負  硫酸      ② SO₃^2－–2e^－＋H₂O＝SO₄^2－+2H⁺       ③4.4

試題分析：（1）大氣中的SO₂在煙塵的催化下形成硫酸的反應方程式是2SO₂+2H₂O+O₂=2H₂SO₄ ；（2）①在反應開始時n(SO₂) =2mol，5 min后反應達到平衡，二氧化硫的轉化率為50%，則反應消耗的SO₂的物質的量為1mol,因為在反應時SO₂與 O₂是按照2:1消耗的，所以反應的氧氣的物質的量為0.5mol,因此υ(O₂)＝0.5mol÷2L÷5 min=0.05mol/(L·min)；②A．在反應中SO₂、O₂、SO₃是按照2:1:2的關系變化的，但是達到平衡時它們的關系可能符合上述比例，也可能不符合。因此不能作為平衡的標志。錯誤。B．由于該反應的反應前后氣體體積不等，若達到平衡，則各種氣體的物質的量不變，壓強也不變。因此容器內氣體的壓強不變可以作為判斷平衡的標志。正確。C．由于容器的容積不變，反應又符合質量守恒定律，所以無論反應進行到什么程度，容器內混合氣體的密度都保持不變，故不可作為判斷平衡的標志。錯誤。D．若反應達到平衡，任何一種物質的物質的量都不變，濃度也不變，因此SO₃的物質的量不再變化可以作為判斷平衡的標志。正確。E．每產生1個SO₂就會同時消耗1個SO_3。現在的SO₂生成速率和SO₃的生成速率相等，即SO₂生成速率和SO₂的生成速率相等，反應達到平衡。因此可作為判斷平衡的標志 。正確。③若反應初始時，在容器中加入1.5 mol SO₂和0.8 mol O₂，n(SO₂):n(O₂)<2:1,氧氣相對來說過量，所以平衡后二氧化硫的轉化率大于氧氣的轉化率。（3）①在圖中由于Na+向a極區域移動，根據同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引的原則a要連接電源的負極，b連接電源的正極，在陽極上SO₃^2－不斷放電變為SO₄^2－，因此從C口流出的物質是硫酸。②SO₃^2－放電的電極反應式為SO₃^2－–2e^－＋H₂O＝SO₄^2－+2H⁺。③電解過程中若消耗12.6gNa₂SO₃，n(Na₂SO₃)= 12.6g÷126g/mol=0.1mol,則電子轉移0.2mol,在陰極發生反應：2H⁺+2e^-=H₂↑.放出氫氣0.1mol,質量減輕0.2g,同時移向該區域0.2mold Na+,是溶液增重4.6g,故該區域的質量總增重4.4g。