Question

6．研究含氮和含硫化合物的性質(zhì)在工業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)中有重要意義．
（1）制備硫酸可以有如下兩種途徑：
2SO₂（g）+O₂（g）═2SO₃（g）△H=-198kJ•mol^-1
SO₂（g）+NO₂（g）═SO₃（g）+NO（g）△H=-41.8kJ•mol^-1
若CO的燃燒熱為213kJ•mol^-1，則1molNO₂和1mol CO 反應(yīng)生成CO₂和NO的能量變化示意圖1中E₂=289.8kJ•mol^-1

（2）鍋爐煙道氣含CO、SO₂，可通過(guò)如下反應(yīng)回收硫：
2CO（g）+SO₂（g）?S（I）+2CO₂（g）．
①某溫度下在2L恒容密閉容器中通入2molSO₂和一定量的CO發(fā)生反應(yīng)，5min后達(dá)到平衡，生成1molCO₂．其他條件不變時(shí)SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率反應(yīng)溫度的變化如圖2A，請(qǐng)解釋其原因：正反應(yīng)放熱，溫度升高平衡逆向移動(dòng)，SO₂平衡轉(zhuǎn)化率降低．溫度高于445℃后硫變成氣態(tài)，正反應(yīng)吸熱，溫度升高平衡正向移動(dòng)，SO₂平衡轉(zhuǎn)化率增加．
②第8分鐘時(shí)，保持其他條件不變，將容器體積迅速壓縮至1L，在10分鐘時(shí)達(dá)到平衡，CO的物質(zhì)的量變化了1mol．請(qǐng)?jiān)趫D2B中畫(huà)出SO₂濃度從6～11分鐘的變化曲線．
（3）己知某溫度下，H₂SO₃的電離常數(shù)為K₁≈l.5×10^-2，K₂≈1.0×10^-7，用NaOH溶液吸收SO₂，當(dāng)溶液中HSO₃^-，SO₃^2-離子相等時(shí)，溶液的pH值約為7
（4）連二亞硫酸鈉（Na₂S₂O₄）具有強(qiáng)還原性，廢水處理時(shí)可在弱酸性條件下加入亞硫酸氫鈉電解產(chǎn)生連二亞硫酸根，進(jìn)而將廢水中的HNO₂還原成無(wú)害氣體排放，連二亞硫酸根氧化為原料循環(huán)電解．產(chǎn)生連二亞硫酸根的電極反應(yīng)式為2HSO₃^-+2e^-+2H⁺=S₂O₄^2-+2H₂O，連二亞硫酸根與HNO₂反應(yīng)的離子方程式3S₂O₄^2-+2HNO₂+2H₂O=6HSO₃^-+N₂↑．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)CO的燃燒熱為213kJ/mol，寫(xiě)出CO的燃燒的熱化學(xué)方程式，1molNO₂和1mol CO 反應(yīng)生成CO₂和NO的方程式為：NO₂（g）+CO（g）═CO₂（g）+NO（g），該反應(yīng)可由已知熱效應(yīng)推導(dǎo)，根據(jù)蓋斯定律計(jì)算該反應(yīng)的焓變△H，根據(jù)能量圖，△H=E₁-E₂，據(jù)此計(jì)算E₂；
（2）①根據(jù)圖2A，SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率隨著溫度的升高，先是降低，再是升高，考慮到溫度不同，S的狀態(tài)也不同，導(dǎo)致反應(yīng)的△H發(fā)生改變，據(jù)此分析原因；
②第8分鐘時(shí)，保持其他條件不變，將容器體積迅速壓縮至1L，在10分鐘時(shí)達(dá)到平衡，CO的物質(zhì)的量變化了1mol，計(jì)算原平衡時(shí)SO₂的濃度，再計(jì)算改變條件后瞬間SO₂的濃度和再次達(dá)到平衡時(shí)SO₂的濃度，據(jù)此作圖；
（3）用NaOH溶液吸收SO₂，當(dāng)溶液中HSO₃^-，SO₃^2-離子相等時(shí)，根據(jù)H₂SO₃的電離平衡常數(shù)計(jì)算；
（4）產(chǎn)生連二亞硫酸根的電極應(yīng)為電解池陰極，由亞硫酸氫鈉轉(zhuǎn)化而來(lái)，電解過(guò)程中，HSO₃^-得到電子被還原為S₂O₄^2-，據(jù)此寫(xiě)出電極反應(yīng)式，連二亞硫酸鈉（Na₂S₂O₄）具有強(qiáng)還原性，與HNO₂反應(yīng)可將HNO₂還原為無(wú)害氣體，根據(jù)元素守恒判斷，應(yīng)為N₂，自身被氧化為亞硫酸氫鈉，據(jù)此寫(xiě)出離子方程式，注意配平．

解答 解：（1）CO的燃燒熱為213kJ/mol，燃燒熱化學(xué)方程式為：
③CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H₃=-213kJ/mol，
已知：①2SO₂（g）+O₂（g）═2SO₃（g）△H₁=-198kJ/mol，
          ②SO₂（g）+NO₂（g）═SO₃（g）+NO（g）△H₂=-41.8kJ/mol，
1molNO₂和1mol CO 反應(yīng)生成CO₂和NO的方程式為：NO₂（g）+CO（g）═CO₂（g）+NO（g），該反應(yīng)可由$\frac{②×2-①+③×2}{2}$得到，根據(jù)蓋斯定律，該反應(yīng)的焓變?yōu)?△H=\frac{2△{H}_{2}-△{H}_{1}+2△{H}_{3}}{2}$=$\frac{（-41.8）×2-（-198）+（-213）×2}{2}$kJ/mol=-155.8kJ/mol，根據(jù)能量圖，△H=E₁-E₂，則E₂=E₁-△H=134kJ/mol-（-155.8）kJ/mol=289.8kJ/mol，
故答案為：289.8；
（2）①根據(jù)圖2A，SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率隨著溫度的升高，先是降低，再是升高，考慮到溫度不同，S的狀態(tài)也不同，導(dǎo)致反應(yīng)的△H發(fā)生改變，則其原因?yàn)椋赫�反�?yīng)放熱，溫度升高平衡逆向移動(dòng)，SO₂平衡轉(zhuǎn)化率降低．溫度高于445℃后硫變成氣態(tài)，正反應(yīng)吸熱，溫度升高平衡正向移動(dòng)，SO₂平衡轉(zhuǎn)化率增加，
故答案為：正反應(yīng)放熱，溫度升高平衡逆向移動(dòng)，SO₂平衡轉(zhuǎn)化率降低．溫度高于445℃后硫變成氣態(tài)，正反應(yīng)吸熱，溫度升高平衡正向移動(dòng)，SO₂平衡轉(zhuǎn)化率增加；
②第8分鐘時(shí)，保持其他條件不變，將容器體積迅速壓縮至1L，在10分鐘時(shí)達(dá)到平衡，CO的物質(zhì)的量變化了1mol，已知原先在2L恒容密閉容器中通入2molSO₂和一定量的CO發(fā)生反應(yīng)，5min后達(dá)到平衡，生成1molCO₂，則原平衡時(shí)，c（SO₂）=$\frac{2mol-1mol×\frac{1}{2}}{2L}$=0.75mol/L，容器體積壓縮至1L的瞬間，c（SO₂）=1.5mol/L，平衡向右移動(dòng)，則新平衡時(shí)，c（SO₂）=1.5mol/L-$\frac{1mol×\frac{1}{2}}{1L}$=1mol/L，則SO₂濃度從6～11分鐘的變化曲線為：，
故答案為：；
（3）用NaOH溶液吸收SO₂，當(dāng)溶液中HSO₃^-，SO₃^2-離子相等時(shí)，則溶液平衡時(shí)c（HSO₃^-）=c（SO₃^2-），根據(jù)H₂SO₃的二級(jí)電離平衡常數(shù)，K₂=$\frac{c（{H}^{+}）c（S{O}_{3}^{2-}）}{c（HS{O}_{3}^{-}）}$=c（H⁺）≈1.0×10^-7，則溶液的pH值約為7，
故答案為：7；
（4）產(chǎn)生連二亞硫酸根的電極應(yīng)為電解池陰極，由亞硫酸氫鈉轉(zhuǎn)化而來(lái)，電解過(guò)程中，HSO₃^-得到電子被還原為S₂O₄^2-，則電極反應(yīng)式為：2HSO₃^-+2e^-+2H⁺=S₂O₄^2-+2H₂O，
連二亞硫酸鈉（Na₂S₂O₄）具有強(qiáng)還原性，與HNO₂反應(yīng)可將HNO₂還原為無(wú)害氣體，根據(jù)元素守恒判斷，應(yīng)為N₂，自身被氧化為亞硫酸氫鈉，則反應(yīng)的離子方程式為：3S₂O₄^2-+2HNO₂+2H₂O=6HSO₃^-+N₂↑，
故答案為：2HSO₃^-+2e^-+2H⁺=S₂O₄^2-+2H₂O；3S₂O₄^2-+2HNO₂+2H₂O=6HSO₃^-+N₂↑．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)原理部分知識(shí)，涉及到熱化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)和計(jì)算，蓋斯定律的應(yīng)用，化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算，化學(xué)平衡的移動(dòng)，電化學(xué)原理，電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)和氧化還原反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)，考查綜合能力，題目難度中等，注意電離平衡常數(shù)的巧用．