Question

20．含硫化合物在生產(chǎn)、生活中有較廣泛的應(yīng)用．請按要求回答下列問題．
I．“保險(xiǎn)粉”（Na₂S₂O₄）易溶于水、難溶于乙醇，具有極強(qiáng)的還原性，在空氣中易被氧化，在堿性介質(zhì)中穩(wěn)定．它的制備工藝流程如圖所示，請按要求回答下列問題．

（1）“反應(yīng)”在70℃條件下進(jìn)行，寫出發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：HCOO^-+OH^-+2SO₂=S₂O₄^2-+CO₂+H₂O．
（2）在包裝保存“保險(xiǎn)粉”時(shí)加入少量的Na₂CO₃固體，目的是Na₂CO₃為堿性物質(zhì)，提高“保險(xiǎn)粉”的穩(wěn)定性．
（3）現(xiàn)將10mL 0.050mol/L Na₂S₂O₄溶液在空氣中放置，其溶液的pH與時(shí)間（t）的關(guān)系如圖所示：（忽略溶液體積的變化）．

①t₁～t₂段溶液中S元素的化合價(jià)為+4．
②t₃時(shí)刻后溶液的pH為1．
Ⅱ．由工業(yè)制硫酸反應(yīng)之一：2SO₂（g）+O₂（g）$?_{加熱}^{催化劑}$2SO₃（g），推測此反應(yīng)的△S（填“＞”或“＜”）＜0，△H（填“＞”或“＜”）＜0．
（l）若在絕熱恒容密閉容器中，通入一定量的SO₂和O₂，一定條件下反應(yīng)，請?jiān)谌缦伦鴺?biāo)中畫出從開始經(jīng)一段時(shí)間正反應(yīng)速率[v_（正）]隨時(shí)間（t）的變化曲線圖：

（2）若在相同條件下，分別投2molSO₂（g）和1molO₂（g） 于如下三容器中：

	絕熱恒容（2L ） 密閉容器A	恒溫（T℃）恒容（2L） 密閉容器B	恒溫（T℃）恒壓 密閉容器C
平衡常數(shù)K	KA	KB	KC
SO2的平衡轉(zhuǎn)化率	αA	αB	αC

則三容器中反應(yīng)分別平衡時(shí)K的大小關(guān)系是K_A＜K_B=K_C；SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率的大小關(guān)系是α_A＜α_B＜α_C．

Answer 1

分析 I．由流程可知，反應(yīng)中發(fā)生HCOO^-+OH^-+2SO₂=S₂O₄^2-+CO₂+H₂O，乙醇可降低Na₂S₂O₄的溶解度，冷卻結(jié)晶、過濾分離出Na₂S₂O₄.2H₂O，洗滌、干燥后，加碳酸鈉提高其穩(wěn)定性；Na₂S₂O₄溶液在空氣中放置，可發(fā)生2Na₂S₂O₄+O₂+H₂O=4NaHSO₃ 或 2Na₂S₂O₄+O₂+H₂O=4NaHSO₃+NaHSO₄；
II.2SO₂（g）+O₂（g）$?_{加熱}^{催化劑}$2SO₃（g）為氣體體積減小的反應(yīng)，且為放熱反應(yīng)；
（1）絕熱恒容密閉容器中，通入一定量的SO₂和O₂，溫度升高，正反應(yīng)速率增大；然后平衡逆向移動(dòng)，直到達(dá)到新平衡；
（2）B、C溫度相同、K相同，A中反應(yīng)放熱使溫度升高，平衡逆向移動(dòng)；恒壓時(shí)氣體的體積減小，相等于加壓，平衡正向移動(dòng)的程度大，以此來解答．

解答 解：I．（1）Na₂S₂O₄中的硫+3價(jià)，S元素的化合價(jià)由+4降為+3價(jià)，由電子得失守恒可知，HCOONa中的碳的化合價(jià)必然升高，由+2價(jià)變成+4價(jià)，生成二氧化碳，由電子、原子守恒可知反應(yīng)為2HCOONa+4SO₂+Na₂CO₃═2Na₂S₂O₄+H₂O+3CO₂，其離子反應(yīng)為HCOO^-+OH^-+2SO₂=S₂O₄^2-+CO₂+H₂O，
故答案為：HCOO^-+OH^-+2SO₂=S₂O₄^2-+CO₂+H₂O；
（2）由信息可知在堿性介質(zhì)中穩(wěn)定，則在包裝保存“保險(xiǎn)粉”時(shí)加入少量的Na₂CO₃固體，目的是Na₂CO₃為堿性物質(zhì)，提高“保險(xiǎn)粉”的穩(wěn)定性，
故答案為：Na₂CO₃為堿性物質(zhì)，提高“保險(xiǎn)粉”的穩(wěn)定性；
（3）Na₂S₂O₄溶液在空氣中易被氧化生成亞硫酸氫鈉，則0～t₁段發(fā)生離子反應(yīng)方程式為2S₂O₄^2-+O₂+2H₂O=4HSO₃^-，t₁～t₂段溶液中NaHSO₃電離顯酸性，則t₁～t₂段溶液中S元素的化合價(jià)為+4價(jià)，t₃時(shí)S₂O₄^2-被氧化生成SO₄^2-，溶液的溶質(zhì)為NaHSO₄，由S原子守恒可知，其濃度為0.05mol/L×2=0.1mol/L，溶液的pH=1，
故答案為：+4；1；
II．2SO₂（g）+O₂（g）$?_{加熱}^{催化劑}$2SO₃（g）為氣體體積減小的反應(yīng)，且為放熱反應(yīng)，則此反應(yīng)的△S＜0，△H＜0，
故答案為：＜；＜；
（1）絕熱恒容密閉容器中，通入一定量的SO₂和O₂，溫度升高，正反應(yīng)速率增大；然后平衡逆向移動(dòng)，直到達(dá)到新平衡，則從開始經(jīng)一段時(shí)間正反應(yīng)速率[v_（正）]隨時(shí)間（t）的變化曲線圖為，故答案為：；
（2）B、C溫度相同、K相同，A中反應(yīng)放熱使溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，則三容器中反應(yīng)分別平衡時(shí)K的大小關(guān)系為K_A＜K_B=K_C；恒壓時(shí)氣體的體積減小，相等于加壓，平衡正向移動(dòng)的程度大，則B、C比較可知α_B＜α_C，A、B的溫度不同，A中升高溫度平衡逆向移動(dòng)，則轉(zhuǎn)化率α_A＜α_B，則SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率的大小關(guān)系是α_A＜α_B＜α_C，故答案為：K_A＜K_B=K_C；α_A＜α_B＜α_C．

點(diǎn)評 本題考查物質(zhì)的制備實(shí)驗(yàn)及化學(xué)平衡，為高頻考點(diǎn)，把握制備流程中的反應(yīng)、化學(xué)平衡移動(dòng)及K和轉(zhuǎn)化率的判斷為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與應(yīng)用能力的考查，綜合性較強(qiáng)，Na₂S₂O₄的氧化反應(yīng)為解答的難點(diǎn)，題目難度不大．