Question

2．硫酸鈣是一種用途非常廣泛的產(chǎn)品，可用于生產(chǎn)硫酸、水泥等，以下是工業(yè)利用硫酸鈣的部分流程（圖1）：

（1）工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的含SO₂廢氣經(jīng)石灰吸收和氧化后制成硫酸鈣，寫出反應(yīng)方程式2SO₂+2Ca（OH）₂+O₂=2CaSO₄+2H₂O．
（2）裝置Ⅱ中，在一定條件下，二氧化硫和氧氣發(fā)生反應(yīng)時，溫度與二氧化硫的轉(zhuǎn)化率的關(guān)系如表所示：

溫度/℃	400	500	600
SO2轉(zhuǎn)化率/%	99.2	93.5	73.7

①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式K=$\frac{c（SO{\;}_{3}）{\;}^{2}}{c（SO{\;}_{2}）{\;}^{2}c（O{\;}_{2}）}$．
②關(guān)于此反應(yīng)下列說法正確的是ac（填字母）．
a．該反應(yīng)△H＜0
b．反應(yīng)達到平衡時，SO₂，O₂，SO₃ 的濃度一定都相等
c．反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，v（SO₂）_正=2v（O₂）_逆
d．升高溫度或使用催化劑都可提高SO₂的轉(zhuǎn)化率
③硫酸廠尾氣（主要成分為SO₂、O₂和N₂）中低濃度SO₂的吸收有很多方法．用氨水吸收上述尾氣，若尾氣中
SO₂與氨水恰好反應(yīng)得到弱堿性的（NH₄）₂SO₃溶液，則有關(guān)該溶液的下列關(guān)系正確的是ac （填字母）．
a．c（NH₄⁺）+c（NH₃•H₂O）=2[c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（H₂SO₃）]
b．c（NH₄⁺）+c （H⁺）=c （SO₃^2-）+c （HSO₃^-）+c （OH^-）
c．c（NH₄⁺）＞c （SO₃^2-）＞c （OH^-）＞c （H⁺）
（3）裝置Ⅲ中，一氧化碳與氫氣反應(yīng)生成甲醇（催化劑為Cu₂O/ZnO）．
已知：①2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-283kJ•mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1
③2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O （l）△H=-725.8kJ•mol^-1
試寫出CO與H₂在一定條件下反應(yīng)生成CH₃OH（l）的熱化學(xué)方程式CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（l）△H=-350.2kJ•mol^-1．
（4）在固態(tài)金屬氧化物電解池中，一定條件下H₂O-CO₂混合氣體制備H₂和CO是一種新的能源利用方式，基本原理如圖2所示．
①Y端是電源的正極（填正極或負極）．
②陰極的電極反應(yīng)式為 CO₂+2eˉ=CO+O²ˉ和H₂O+2e^-═H₂↑+O^2-．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)SO₂與石灰和氧氣反應(yīng)生成硫酸鈣和水書寫；
（2）①根據(jù)平衡常數(shù)為生成物濃度的冪次方之積比上反應(yīng)物濃度的冪次方之積書寫；
②a．根據(jù)圖表數(shù)據(jù)可知，溫度越高，SO₂的轉(zhuǎn)化率越小，說明升溫平衡向逆向移動判斷；
b．反應(yīng)達到平衡時，正逆反應(yīng)速率一定相等，濃度不一定相等；
c．根據(jù)反應(yīng)速率之比等于系數(shù)之比，結(jié)合反應(yīng)達到平衡時，正逆反應(yīng)速率一定相等判斷；
d．升高溫度，平衡向吸熱方向移動，使用催化劑平衡不移動；
③a．根據(jù)（NH₄）₂SO₃溶液物料守恒判斷；
b．根據(jù)（NH₄）₂SO₃溶液電荷守恒判斷；
c．根據(jù)（NH₄）₂SO₃溶液顯弱堿性及其水解為微弱的判斷；
（3）①2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-283kJ•mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1
③2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O （l）△H=-725.8kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律①×$\frac{1}{2}$+②-③×$\frac{1}{2}$計算；
（4）①電解池陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，根據(jù)與Y極相連的電極產(chǎn)生的氧氣判斷；
②電解池陰極發(fā)生還原反應(yīng)，根據(jù)反應(yīng)物結(jié)合化合價的變化分析．

解答 解：（1）SO₂與石灰和氧氣反應(yīng)生成硫酸鈣和水，方程式為：2SO₂+2Ca（OH）₂+O₂=2CaSO₄+2H₂O，故答案為：2SO₂+2Ca（OH）₂+O₂=2CaSO₄+2H₂O；
（2）①在一定條件下，二氧化硫和氧氣發(fā)生反應(yīng)生成三氧化硫，方程式為：2SO₂+O₂$?_{△}^{催化劑}$2SO₃，平衡常數(shù)表達式K=$\frac{c（SO{\;}_{3}）{\;}^{2}}{c（SO{\;}_{2}）{\;}^{2}c（O{\;}_{2}）}$，故答案為：K=$\frac{c（SO{\;}_{3}）{\;}^{2}}{c（SO{\;}_{2}）{\;}^{2}c（O{\;}_{2}）}$；
②a．根據(jù)圖表數(shù)據(jù)可知，溫度越高，SO₂的轉(zhuǎn)化率越小，說明升溫平衡向吸熱的逆向移動，所以該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)即△H＜0，故a正確；
b．反應(yīng)達到平衡時，SO₂，O₂，SO₃ 的濃度不一定都相等，故b錯誤；
c．反應(yīng)速率之比等于系數(shù)之比，所以v（SO₂）_逆=2v（O₂）_逆，又反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時v（SO₂）_正=v（SO₂）_逆，所以反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，v（SO₂）_正=2v（O₂）_逆，故c正確；
d．升高溫度，平衡向吸熱方向即逆向移動，SO₂的轉(zhuǎn)化率減小，使用催化劑平衡不移動，故d錯誤；
故選：ac；
③a．（NH₄）₂SO₃溶液物料守恒，則c（NH₄⁺）+c（NH₃•H₂O）=2[c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（H₂SO₃）]，故a正確；
b．（NH₄）₂SO₃溶液電荷守恒，則c（NH₄⁺）+c （H⁺）=2c （SO₃^2-）+c （HSO₃^-）+c （OH^-），故b錯誤；
c．因為（NH₄）₂SO₃溶液顯弱堿性，則c （OH^-）＞c （H⁺），又水解微弱的，所以c（NH₄⁺）＞c （SO₃^2-）＞c （OH^-）＞c （H⁺），故c正確；
故選：ac；
（3）①2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-283kJ•mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1
③2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O （l）△H=-725.8kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律①×$\frac{1}{2}$+②-③×$\frac{1}{2}$得，CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（l）△H=-283×$\frac{1}{2}$-571.6+725.8×$\frac{1}{2}$=-350.2kJ•mol^-1；
故答案為：CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（l）△H=-350.2kJ•mol^-1；
（4）①根據(jù)圖示知：與Y相連的電極產(chǎn)生O₂，電解H₂O-CO₂混合氣體，氧離子失去電子生成氧氣，發(fā)生氧化反應(yīng)，電解池陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，所以Y是電源的正極，故答案為：正極；
②電解池陰極發(fā)生還原反應(yīng)，電解H₂O-CO₂混合氣體制備H₂和CO，陰極：水中的氫原子得到電子生成氫氣，H₂O+2e^-═H₂↑+O^2-，二氧化碳得到電子生成一氧化碳，CO₂+2e^-═CO+O^2-，故答案為：H₂O+2e^-═H₂↑+O^2-．

點評 本題考查較綜合，涉及方程式的書寫、蓋斯定律、化學(xué)平衡移動的影響因素以及電解池原理等知識點，外界條件對化學(xué)平衡的影響是考查熱點，為易錯點．