Question

【題目】硫氧化物易引起環(huán)境行染，需要悉心研究。

(1)二氧化硫可用于催化氧化制硫酸。硫酸工業(yè)中，作為催化劑的 V2O5對(duì)反應(yīng) I 的催化循環(huán)過程經(jīng)歷了Ⅱ、Ⅲ兩個(gè)反應(yīng)階段，如圖所示：

寫出 V2O5·SO3參加反應(yīng)Ⅲ的化學(xué)方程式_____。

(2)將 2molSO2和 1molO2充入密閉容器中，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)。平衡時(shí) SO3的體積分?jǐn)?shù)(% )隨溫度和壓強(qiáng)的變化如表所示：

	1.0	2.0	3.0
350	54.0	a	b
415	c	40.0	d
550	e	f	36.0

下列判斷正確的是______________

A.b >e

B.415℃、2.0MPa時(shí)O2的轉(zhuǎn)化率為60%

C.在一定溫度和壓強(qiáng)下，加入 V2O5作催化劑能加快反應(yīng)速率，提高 SO3 的體積分?jǐn)?shù)

D.平衡常數(shù) K(550℃)>K(350℃)

(3)較純的 SO2，可用于原電池法生產(chǎn)硫酸。圖中離子交換膜是___________離子交換膜(填“陰”、“陽”)

(4)研究發(fā)現(xiàn)含堿式硫酸鋁的溶液與SO2 結(jié)合的方式有2種：其一是與溶液中的水結(jié)合。其二是與堿式硫酸鋁中的活性Al2O3結(jié)合，通過酸度計(jì)測(cè)定吸收液的pH變化，結(jié)果如圖所示：

請(qǐng)解釋曲線如圖變化的原因____

(5)取五等份SO3，分別加入溫度不同、容積相同的恒容密閉容器中，發(fā)生反應(yīng)：3SO3(g)(SO3)3(g) △H<0，反應(yīng)相同時(shí)間后，分別測(cè)定體系中SO3的百分含量，并作出其隨反應(yīng)溫度(T)變化的關(guān)系圖。下列示意圖中，可能與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符的是________________

A. B. C. D.

(6)用 Na2SO3 溶液作為吸收液吸收 SO2 時(shí)，產(chǎn)物為 NaHSO3，已知亞硫酸的兩級(jí)電離平衡常數(shù)分別為 K a1、K a2。則常溫下 NaHSO3溶液顯酸性的充要條件為_____。(用含為 Ka1、Ka2 的代數(shù)式表示)

Answer 1

【答案】2V2O4SO3+O22V2O5+2SO3 A 陽 SO2先與活潑氧化鋁結(jié)合成亞硫酸鋁，此時(shí)溶液中Al3+水解使溶液顯酸性，后SO2與水結(jié)合生成H2SO3，亞硫酸電離使溶液顯酸性，且亞硫酸電離強(qiáng)于Al3+的水解 BD Ka1·Ka2＞10-14

【解析】

(1)反應(yīng)Ⅲ是V2O4SO3與氧氣反應(yīng)生成V2O5和SO3；

(2)已知2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)△H＜0，結(jié)合溫度和壓強(qiáng)對(duì)平衡的影響分析即可。

(3)通氧氣的極為正極，發(fā)生的電極反應(yīng)為O2+4e-+4H+=2H2O；

(4)曲線體現(xiàn)隨SO2的量增大，溶液的酸性增強(qiáng)，結(jié)合亞硫酸鋁和亞硫酸溶液的酸性強(qiáng)弱分析；

(5)在恒容狀態(tài)下，在五個(gè)相同的容器中同時(shí)通入等量的SO3，反應(yīng)相同時(shí)間．達(dá)到平衡狀態(tài)之前，溫度越高，反應(yīng)速率越大，導(dǎo)致SO3的百分含量越小；達(dá)到平衡后，因?yàn)樵摲磻?yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，SO3的百分含量隨溫度升高而升高；在D圖中轉(zhuǎn)折點(diǎn)為平衡狀態(tài)，轉(zhuǎn)折點(diǎn)左側(cè)為平衡狀態(tài)之前，右側(cè)為平衡狀態(tài)；

(6)用 Na2SO3 溶液作為吸收液吸收 SO2 時(shí)，產(chǎn)物為 NaHSO3，當(dāng)溶液中HSO3-的電離程度大于HSO3-的水解程度時(shí)溶液顯酸性。

(1)反應(yīng)Ⅲ是V2O4SO3與氧氣反應(yīng)生成V2O5和SO3反應(yīng)Ⅱ生成V2O4SO3，方程式為2V2O4SO3+O22V2O5+2SO3，

(2)已知2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)△H＜0；

A．在350℃時(shí)，增大壓強(qiáng)平衡正向移動(dòng)，SO3的體積分?jǐn)?shù)增大，則b>54.0%；而在恒壓條件下升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，則550℃時(shí)e＜54.0%，即b＞e，故A正確；

B．415℃、2.0MPa時(shí)設(shè)O2的轉(zhuǎn)化率為x，則：

此時(shí)SO3的體積分?jǐn)?shù)為40.0%，即=40.0%，解得：x=50%，故B錯(cuò)誤；

C．在一定溫度和壓強(qiáng)下，加入V2O5作催化劑能加快反應(yīng)速率，但不改變平衡的移動(dòng)，則無法提高 SO3 的體積分?jǐn)?shù)，故C錯(cuò)誤；

D．平衡常數(shù)只受溫度影響，升高溫度時(shí)平衡逆向移動(dòng)，則K(550℃)＜K(350℃)，故D錯(cuò)誤；

故答案為A；

(3)電極b周圍通入空氣，氧氣發(fā)生還原反應(yīng)，則b極為正極，發(fā)生的電極反應(yīng)為O2+4e-+4H+=2H2O，說明b極需要消耗H+，而陽離子向正極移動(dòng)，則離子交換膜為陽離子交換膜；

(4)曲線體現(xiàn)隨吸收SO2的量增大，溶液的酸性增強(qiáng)，且吸收一定量SO2后，溶液的pH迅速降低，說明SO2先與活潑氧化鋁結(jié)合成亞硫酸鋁，此時(shí)溶液中Al3+水解使溶液顯酸性，隨著只收SO2氣體的量的增大，SO2與水結(jié)合生成H2SO3，亞硫酸電離使溶液顯酸性，且亞硫酸電離強(qiáng)于Al3+的水解，此時(shí)溶液酸性明顯增強(qiáng)，即溶液pH降低明顯；

(5)A．因?yàn)樵摲磻?yīng)是放熱反應(yīng)，溫度越高，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，SO3的百分含量隨溫度升高而升高，故A錯(cuò)誤；

B．因?yàn)樵摲磻?yīng)是放熱反應(yīng)，溫度越高，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，SO3的百分含量隨溫度升高而升高，故B正確；

C．若5個(gè)容器中有未達(dá)到平衡狀態(tài)的，那么溫度越高，反應(yīng)速率越大，會(huì)出現(xiàn)溫度高的SO3轉(zhuǎn)化得快，導(dǎo)致SO3的百分含量少的情況，不可能出現(xiàn)SO3的百分含量不變的情況，故C錯(cuò)誤；

D．在D圖中轉(zhuǎn)折點(diǎn)為平衡狀態(tài)，轉(zhuǎn)折點(diǎn)左則為未平衡狀態(tài)，右則為平衡狀態(tài)，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，故D正確；

故答案為：BD；

(6)在NaHSO3溶液中，的電離平衡為+H+，的水解平衡為H2O+H2SO3+OH-，此時(shí)Kh==，當(dāng)溶液中的電離程度大于的水解程度時(shí)溶液顯酸性，則Ka2＞Kh=，即Ka1·Ka2＞Kw=10-14。