Question

15．2SO₂（g）+2O₂（g）?2SO₃（g）是生產(chǎn)硫酸的主要反應(yīng)之一．下表是原料氣按V（SO₂）：V（O₂）：V（N₂）=7：11：82投料，在1.01×10⁵Pa時(shí)，不同溫度下SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率．

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

（1）該反應(yīng)是放熱反應(yīng)（填“放熱”或“吸熱”）．
（2）400℃，1.01×10⁵Pa時(shí)，將含10 mol SO₂的原料氣通入一密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)，平衡時(shí)SO₂的物質(zhì)的量是0.08mol．
（3）硫酸廠尾氣（主要成分SO₂、O₂和N₂）中低濃度SO₂的吸收有很多方法．
①用氨水吸收上述尾氣，若SO₂與氨水恰好反應(yīng)得到堿性的（NH₄）₂SO₃溶液時(shí)，則有關(guān)該溶液的下列關(guān)系正確的是ac（填序號）．
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⁺）
②用 MnO₂與水的懸濁液吸收上述尾氣并生產(chǎn)MnSO₄．
a． 得到MnSO₄的化學(xué)方程式是H₂O+SO₂=H₂SO₃、MnO₂+H₂SO₃=MnSO₄+H₂O．
b．該吸收過程生成MnSO₄時(shí)，溶液的pH變化趨勢如圖甲，SO₂吸收率與溶液pH的關(guān)系如圖乙． 圖甲中pH變化是因?yàn)槲�收中有部分SO₂被氧氣氧化轉(zhuǎn)化為H₂SO₄，生成H₂SO₄反應(yīng)的化學(xué)方程式是2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄；由圖乙可知pH的降低不利于SO₂的吸收（填“有利于”或“不利于”），用化學(xué)平衡移動(dòng)原理解釋其原因是溶液中存在SO₂+H₂O?H₂SO₃?H⁺+HSO₃^-，當(dāng)溶液中酸性增強(qiáng)，平衡向左移動(dòng)，使SO₂氣體從體系中逸出．．

Answer 1

分析 （1）分析圖表數(shù)據(jù)隨溫度升高二氧化硫轉(zhuǎn)化率減小，平衡逆向進(jìn)行，依據(jù)平衡原理分析判斷反應(yīng)熱量變化；
（2）轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗量}{起始量}$，平衡量=起始量-消耗量計(jì)算得到；
（3）①尾氣中SO₂與氨水恰好反應(yīng)得到弱堿性的（NH₄）₂SO₃溶液，依據(jù)溶液中物料守恒、電荷守恒、離子濃度大小比較依據(jù)分析判斷選項(xiàng)；
②a．二氧化硫溶于水生成亞硫酸具有還原性，被二氧化錳氧化為硫酸，二氧化錳被還原為錳離子；
b．二氧化硫被氧化為硫酸溶液PH減小，依據(jù)圖象分析PH增大有利于二氧化硫的吸收，酸性越強(qiáng)越有利于二氧化硫逸出．

解答 解：（1）圖表數(shù)據(jù)隨溫度升高二氧化硫轉(zhuǎn)化率減小，平衡逆向進(jìn)行，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，
故答案為：放熱；
（2）400℃，1.01×10⁵Pa時(shí)，將含10mol SO₂的原料氣通入一密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)，轉(zhuǎn)化率=99.2%，平衡時(shí)SO₂的物質(zhì)的量=10mol-10mol×99.2%=0.08mol，
故答為：0.08；
（3）①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，
a．溶液中氮元素和硫元素遵循物料守恒，氮元素物質(zhì)的量和硫元素物質(zhì)的量之比為2：1，c（NH₄⁺）+c（NH₃•H₂O）=2[c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（H₂SO₃）]，故a正確；
b．溶液中存在電荷守恒，c（NH₄⁺）+c（H⁺）=2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（OH^-），故b錯(cuò)誤；
c．弱堿性的（NH₄）₂SO₃溶液中離子濃度大小為：c（NH₄⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），故c正確；
故答案為：ac；
②a．二氧化硫溶于水生成亞硫酸具有還原性，被二氧化錳氧化為硫酸，二氧化錳被還原為錳離子，用MnO₂與水的懸濁液吸收上述尾氣并生產(chǎn)MnSO₄，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：H₂O+SO₂=H₂SO₃ MnO₂+H₂SO₃=MnSO₄+H₂O；
故答案為：H₂O+SO₂=H₂SO₃、MnO₂+H₂SO₃=MnSO₄+H₂O；
b．圖甲中pH變化是因?yàn)槲�收中有部分SO₂轉(zhuǎn)化為H₂SO₄生成H₂SO₄反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄，二氧化硫被氧化為硫酸溶液PH減小，依據(jù)圖象分析PH增大有利于二氧化硫的吸收，酸性越強(qiáng)越有利于二氧化硫逸出，由圖乙可知pH的降低，酸性增強(qiáng)，抑制亞硫酸電離，促進(jìn)亞硫酸分解，溶液中存在SO₂+H₂O?H₂SO₃?H⁺+HSO₃^-，當(dāng)溶液中酸性增強(qiáng)，平衡向左移動(dòng)，使SO₂氣體從體系中逸出；
故答案為：2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄；不利于；溶液中存在SO₂+H₂O?H₂SO₃?H⁺+HSO₃^-，當(dāng)溶液中酸性增強(qiáng)，平衡向左移動(dòng)，使SO₂氣體從體系中逸出．

點(diǎn)評 本題考查了化學(xué)平衡影響因素分析，平衡計(jì)算，電解質(zhì)溶液中電荷守恒、物料守恒、離子濃度大小比較，氧化還原反應(yīng)原理的分析應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．