Question

2．熱電廠用堿式硫酸鋁[Al₂（SO₄）₃•Al₂O₃]吸收煙氣中低濃度的二氧化硫．具體過程如下：
（1）堿式硫酸鋁溶液的制備
往Al₂（SO₄）₃溶液中加入一定量CaO粉末和蒸餾水，可生成堿式硫酸鋁（絡合物，易溶于水），同時析出生石膏沉淀[CaSO₄•2H₂O]，反應的化學方程式為2Al₂（SO₄）₃+3CaO+6H₂O=Al₂（SO₄）₃•Al₂O₃+3CaSO₄•2H₂O．
（2）SO₂的吸收與解吸．吸收液中堿式硫酸鋁活性組分Al₂O₃對SO₂具有強大親和力，化學反應為：Al₂（SO₄）₃•Al₂O₃（aq）+3SO₂（g）?Al₂（SO₄）₃•Al₂（SO₃）₃（aq）△H＜0．工業(yè)流程如圖1所示：

①高溫煙氣可使脫硫液溫度升高，不利于SO₂的吸收．生產中�？刂泼摿蛞涸诤銣�40～60^oC，試分析原因堿式硫酸鋁吸收SO₂的反應為放熱反應，降溫使平衡正向移動，有利于SO₂的吸收．
②研究發(fā)現(xiàn)，I中含堿式硫酸鋁的溶液與SO₂結合的方式有2種：其一是與溶液中的水結合．其二是與堿式硫酸鋁中的活性Al₂O₃結合，通過酸度計測定不同參數(shù)的吸收液的pH變化，結果如2圖所示：
據(jù)此判斷初始階段，SO₂的結合方式是與活性Al₂O₃結合．比較x、y、z的大小順序y＞x＞z．
③III中得到再生的堿式硫酸鋁溶液，其n（Al₂O₃）：n[Al₂（SO₄）₃]比值相對I中有所下降，請用化學方程式加以解釋：2Al₂（SO₃）₃+3O₂=2Al₂（SO₄）₃或2[Al₂（SO₄）₃•Al₂（SO₃）₃]+3O₂=4Al₂（SO₄）₃．
（3）解吸得到較純的SO₂，可用于原電池法生產硫酸如圖3．
①電極b周圍溶液pH變大（填“變大”、“變小”或“不變”）
②電極a的電極反應式是SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-．

Answer 1

分析 （1）往Al₂（SO₄）₃溶液中加入一定量CaO粉末和蒸餾水，可生成堿式硫酸鋁Al₂（SO₄）₃•Al₂O₃，同時析出生石膏沉淀[CaSO₄•2H₂O]，根據(jù)質量守恒配平即可；
（2）堿式硫酸鋁溶液與含有二氧化硫的煙氣在在恒溫40～60^oC反應Al₂（SO₄）₃•Al₂O₃（aq）+3SO₂（g）?Al₂（SO₄）₃•Al₂（SO₃）₃（aq）△H＜0，得到Al₂（SO₄）₃•Al₂（SO₃）₃溶液，對該溶液恒溫98℃，溶液分解得到二氧化硫和堿式硫酸鋁溶液，
①根據(jù)反應的熱效應分析可得；
②由圖2可知，堿式硫酸鋁中的活性Al₂O₃含量不同時，酸度計測定不同參數(shù)的吸收液的pH有變化，說明SO₂的結合方式是與活性Al₂O₃結合，pH相同時，活性Al₂O₃吸收越多SO₂，則y＞x＞z；
③Al₂（SO₄）₃•Al₂（SO₃）₃溶液恒溫98℃，溶液分解得到III中得到再生的堿式硫酸鋁溶液，分解過程中部分Al₂（SO₃）₃被氧化為Al₂（SO₄）₃，其n（Al₂O₃）：n[Al₂（SO₄）₃]比值相對I中有所下降；
（3）①電極b為空氣中氧氣放電結合氫離子的反應，氫離子濃度減小，pH增大；
②電極a為二氧化硫放電失電子發(fā)生的氧化反應．

解答 解：（1）往Al₂（SO₄）₃溶液中加入一定量CaO粉末和蒸餾水，可生成堿式硫酸鋁Al₂（SO₄）₃•Al₂O₃，同時析出生石膏沉淀[CaSO₄•2H₂O]，化學方程式為：2Al₂（SO₄）₃+3CaO+6H₂O=Al₂（SO₄）₃•Al₂O₃+3CaSO₄•2H₂O；
故答案為：2Al₂（SO₄）₃+3CaO+6H₂O=Al₂（SO₄）₃•Al₂O₃+3CaSO₄•2H₂O；
（2）①堿式硫酸鋁吸收SO₂的反應為放熱反應，降溫使平衡正向移動，有利于SO₂的吸收，生產中常控制脫硫液在恒溫40～60^oC；
故答案為：堿式硫酸鋁吸收SO₂的反應為放熱反應，降溫使平衡正向移動，有利于SO₂的吸收；
②由圖2可知，堿式硫酸鋁中的活性Al₂O₃含量不同時，酸度計測定不同參數(shù)的吸收液的pH有變化，說明SO₂的結合方式是與活性Al₂O₃結合，pH相同時，活性Al₂O₃吸收越多SO₂，則y＞x＞z；
故答案為：與活性Al₂O₃結合；y＞x＞z；
③Al₂（SO₄）₃•Al₂（SO₃）₃溶液恒溫98℃，溶液分解得到III中得到再生的堿式硫酸鋁溶液，分解過程中部分Al₂（SO₃）₃被氧化為Al₂（SO₄）₃，2Al₂（SO₃）₃+3O₂=2Al₂（SO₄）₃或2[Al₂（SO₄）₃•Al₂（SO₃）₃]+3O₂=4Al₂（SO₄）₃，其n（Al₂O₃）：n[Al₂（SO₄）₃]比值相對I中有所下降；
故答案為：2Al₂（SO₃）₃+3O₂=2Al₂（SO₄）₃或2[Al₂（SO₄）₃•Al₂（SO₃）₃]+3O₂=4Al₂（SO₄）₃；
（3）①電極b為空氣中氧氣放電結合氫離子的反應，氫離子濃度減小，pH增大；
故答案為：變大；
②電極a為二氧化硫放電失電子發(fā)生的氧化反應，電極反應式為：SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-；
故答案為：SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-．

點評 本題以物質制備為載體，考查學生對原理的分析理解、物質的分離提純、氧化還原反應、信息獲取與遷移運用、原電池的相關原理等，需要學生具備扎實的基礎，對提米信息理解透徹，題目難度較大．