Question

11．某科研單位利用電化學原理用SO₂來制備硫酸，裝置如圖，含有某種催
化劑．電極為多孔的材料，能吸附氣體，同時也能使氣體與電解質溶液充分接觸．
（1）通入SO₂的電極為負極，其電極反應式為SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；，此電極區(qū)
pH減�。ㄌ睢霸龃蟆薄皽p小”或“不變”）．
（2）若通入SO₂的速率為2.24L/min（標準狀況），為穩(wěn)定持續(xù)生產(chǎn)，硫酸溶液的濃度應維持不變，則左側水的流入速率是13.2mL•min^-1（結果用 mL/min表示）
（3）以此電源電解足量的硝酸銀溶液，若陰極產(chǎn)物的質量為21.6g，則陽極產(chǎn)生氣體標準狀況下體積為1.12 L．
（4）常溫時，BaSO₄的Ksp=1.08×10^-10．現(xiàn)將等體積的BaCl₂溶液與3.5×10^-3mol/L的Na₂SO₄溶液混合．若要生成BaSO₄沉淀，BaCl₂溶液的最小濃度為1.234×10^-7 mol/L．
（5）已知：Fe₂O₃（s）+3C（石墨）═2Fe（s）+3CO（g）△H=+489.0kJ•mol^-1
CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H=-283.0kJ•mol^-1
C（石墨）+O₂（g）═CO₂ （g）△H=-393.5kJ•mol^-1
則4Fe（s）+3O₂（g）═2Fe₂O₃（s）的△H為-1 641.0 kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）原電池負極發(fā)生氧化反應，SO₂被氧化生成SO₄^2-；電池的總反應式為：2SO₂+2H₂O+O₂=2H₂SO₄，根據(jù)方程式計算，注意硫酸的濃度不變；
（2）1min內n（SO₂）=$\frac{2.24L/min×1min}{22.4L/mol}$=0.1mol，
設1min內通入xmol水，
則有：$\frac{98×0.1}{0.1×64+18x}$=50%
x=0.73（mol），
V（H₂O）=0.73×18=13.2mL，由此解答；
（3）依據(jù)消耗的氧氣的量計算轉移電子數(shù)，依據(jù)轉移電子守恒，計算生成氣體的體積；
（4）計算混合后硫酸根的濃度，根據(jù)K_sp（BaSO₄）=c（Ba²⁺）•c（SO₄^2-）計算硫酸根沉淀時溶液中c（Ba²⁺），原氯化鋇溶液為此時鋇離子濃度的2倍，注意溶液混合后各種物質的濃度降為原來的一半；
（5）依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式；

解答 解：（1）原電池負極發(fā)生氧化反應，SO₂被氧化生成SO₄^2-，負極電極反應式為SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺，所以氫離子的濃度增大，pH減小，故答案為：負；SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；減��；
（2）1min內n（SO₂）=$\frac{2.24L/min×1min}{22.4L/mol}$=0.1mol，
設1min內通入xmol水，
則有：$\frac{98×0.1}{0.1×64+18x}$=50%
x=0.73（mol），
V（H₂O）=0.73×18=13.2mL，所以則左側水的流入速率是13.2mL•min^-1，故答案為：13.2mL•min^-1；
（3）電解足量的硝酸銀溶液，陽極為氫氧根失電子生成氧氣，陰極上發(fā)生反應：Ag⁺+e^-=Ag，產(chǎn)物的質量為21.6g即0.2mol，轉移電子是0.2mol，在陽極上：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，產(chǎn)生氧氣的物質的量是0.05mol，體積是1.12L，故答案為：1.12；
（4）等體積混合后，c（SO₄^2-）=$\frac{1}{2}$×3.5×10^-3mol/L=1.75×10^-3mol/L，故BaSO₄沉淀所需Ba²⁺離子的最小濃度為c（Ba²⁺）=$\frac{1.08×1{0}^{-10}}{1.75×1{0}^{-3}}$mol/L=0.61714×10^-7mol/L，故原BaCl₂溶液的濃度為2×0.61714×10^-7mol/L=1.234×10^-7 mol/L，
故答案為：1.234×10^-7 mol/L； 
（5）Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H=+489.0kJ•mol^-1①
CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g），△H=-283.0kJ•mol^-1②
C（石墨）+O₂（g）=CO₂（g），△H=-393.5kJ•mol^-1③
運用蓋斯定律，③×6-①×2-②×6，可得目標反應，4Fe（s）+3O₂（g）=2Fe₂O₃（s），△H=-393.5kJ•mol^-1×6-489.0kJ•mol^-1×2-（-283.0kJ•mol^-1）×6=-1641.0kJ•mol^-1，故答案為：-1641.0kJ•mol^-1．

點評 本題考查燃料電池、蓋斯定律等知識點，會根據(jù)電池反應式確定正負極及電解質，會正確書寫電極反應式，為高考高頻點．