Question

12．硫在地殼中主要以硫化物、硫酸鹽等形式存在，其單質和化合物在工農業(yè)生產中有著重要的應用．
（1）某科研小組用SO₂為原料制取硫酸．
①利用原電池原理，用SO₂、O₂和H₂O來制備硫酸，該電池用多孔材料作電極，它能吸附氣體，同時也能使氣體與電解質溶液充分接觸．請寫出該電池的負極的電極反應式②用Na₂SO₃溶液充分吸收SO₂得NaHSO₃溶液，然后電解該溶液可制得硫酸．電解原理示意圖如圖1所示．電解時陽極區(qū)會產生氣體，產生氣體的原因是在陽極區(qū)HSO₃^-放電生成H⁺，H⁺與HSO₃^-反應產生SO₂
（2）碘循環(huán)工藝不僅能吸收SO₂降低環(huán)境污染，同時又能制得氫氣，具體流程如圖2：
①用離子方程式表示反應器中發(fā)生的反應是SO₂+I₂+2H₂O=SO₄^2-+2I^-+4H⁺．
②用化學平衡移動的原理分析，在HI分解反應中使用膜反應器分離出H₂的目的是HI分解為可逆反應，及時分離出產物H₂，有利于反應正向進行
（3）氫化亞銅是一種紅色固體，可由硫酸銅為原理制備
4CuSO₄+3H₃PO₂+6H₂O=4CuH↓+4H₂SO₄+3H₃PO₄．
①該反應中還原劑是H₃PO₂（寫化學式）．
②該反應每生成1molCuH，轉移的電子物質的量為3mol
（4）硫酸銅晶體常用來制取波爾多液，加熱時可以制備無水硫酸銅．將25.0g膽礬晶體放在坩堝中加熱測定晶體中結晶水的含量，固體質量隨溫度的升高而變化的曲線如圖3．
請分析如圖，填寫下列空白：
①30℃～110℃間所得固體的化學式是CuSO₄•3H₂O
②650℃～1000℃間所得固體的化學式是CuO

Answer 1

分析 （1）①依據(jù)原電池原理，負極是失電子發(fā)生氧化反應，二氧化硫失電子生成硫酸的過程；
②根據(jù)化合價變化判斷陽極反應物質，寫出陽極反應式，根據(jù)電極方程判斷．
（2）①從流程圖可知，在反應器中，I₂氧化SO₂，生成硫酸和HI；
②HI分解是可逆反應，分離出氫氣有利于平衡正向移動．
（3）①從還原劑的概念出發(fā)分析反應物的價態(tài)變化即可；
②從價態(tài)變化出發(fā)分析得失電子總數(shù)解答；
（4）①由圖示數(shù)據(jù)可知，失去水的質量為：25.0g×14.4%=3.6g，根據(jù)關系式：CuSO₄•5H₂O～CuSO₄•XH₂O利用差量法求出X，從而得出化學式；
②25.0g膽礬的物質的量為0.1mol，650℃～1000℃間所得固體的質量為8.0g，根據(jù)Cu元素守恒計算，0.1molCuO的質量為8.0g．

解答 解：①該原電池中，負極上失電子被氧化，二氧化硫到硫酸，硫的化合價升高，所以負極上投放的氣體是二氧化硫，二氧化硫失電子和水反應生成硫酸根離子和氫離子，所以負極上的電極反應式為：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺；
②電解池中陽極和電源正極相連，失去電子，發(fā)生氧化反應，電解NaHSO₃溶液可制得硫酸，硫的化合價升高，所以陽極是HSO₃^-溶液失去電子被氧化生成SO₄^2-，則陽極電極反應式是：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺，生成的H⁺與HSO₃^-反應產生SO₂；
故答案為：在陽極區(qū)HSO₃^-放電生成H⁺，H⁺與HSO₃^-反應產生SO₂；
（2）①從流程圖可知，在反應器中，I₂氧化SO₂，生成硫酸和HI，反應方程式為SO₂+I₂+2H₂O=SO₄^2-+2I^-+4H⁺，故答案為：SO₂+I₂+2H₂O=SO₄^2-+2I^-+4H⁺；
②HI分解為可逆反應，及時分離出產物H₂，降低生成物濃度，有利于反應正向進行，故答案為：HI分解為可逆反應，及時分離出產物H₂，有利于反應正向進行．
（3）①從反應4CuSO₄+3H₃PO₂+6H₂O=4CuH↓+4H₂SO₄+3H₃PO₄分析，Cu從+2價變成+1，H從+1價變成-1價，P從+1價變成+5價，還原劑化合價升高，故該反應的還原劑是H₃PO₂，故答案為：H₃PO₂；
②Cu從+2價變成+1，4molCu得到4mol電子，H從+1價變成-1價，4mol-1價的H得到8mol電子，共得電子12mol，即每生成4molCuH轉移電子12mol，所以每生成1molCuH，轉移電子3mol電子，故答案為：3mol；
（4）①CuSO₄•5H₂O～CuSO₄•XH₂O△m
       250                  18（5-x）
      25.0g                 3.6g
則$\frac{250}{25.0g}$=$\frac{18（5-x）}{3.6g}$，
解得：X=3，所以在110℃時所得固體的成分為CuSO₄•3H₂O，故答案為：CuSO₄•3H₂O；
②25.0g膽礬的物質的量為0.1mol，650℃～1000℃間所得固體的質量為8.0g，Cu元素守恒可知，該固體中含有0.1molCu元素，而0.1molCuO的質量為恰好8.0g，所以該固體為CuO，故答案為：CuO．

點評 本題考查了原電池原理和電解池原理的應用、氧化還原反應、有關方程式的計算等，題目難度中等，側重于考查學生對基礎知識的綜合應用能力．注意差量法在化學計算中的應用．