Question

我國(guó)工業(yè)上主要采用以下四種方法降低尾氣中的含硫量：

方法1	燃煤中加入石灰石，將SO2轉(zhuǎn)化為CaSO3，再氧化為CaSO4
方法2	用氨水將SO2轉(zhuǎn)化為NH4HSO3，再氧化為（NH4）2SO4
方法3	高溫下用水煤氣將SO2還原為S
方法4	用Na2SO3溶液吸收SO2，再電解轉(zhuǎn)化為H2SO4

（1）方法1中已知：CaO（s）+CO₂（g）=CaCO₃（s）△H=-178.3kJ/mol
CaO（s）+SO₂（g）=CaSO₃（s）△H=-402.0kJ/mol
2CaSO₃（s）+O₂（g）=2CaSO₄（s）△H=-2314.8kJ/mol
寫(xiě)出CaCO₃與SO₂反應(yīng)生成CaSO₄的熱化學(xué)方程式：

 

；此反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為：

 

．
（2）方法2中最后產(chǎn)品中含有少量（NH₄）₂SO₃，為測(cè)定（NH₄）₂SO₄的含量，分析員設(shè)計(jì)以下步驟：
①準(zhǔn)確稱取13.9g樣品，溶解；
②向溶液中加入植物油形成油膜，用滴管插入液面下加入過(guò)量鹽酸，充分反應(yīng)，再加熱煮沸；
③加入足量的氯化鋇溶液，過(guò)濾；
④進(jìn)行兩步實(shí)驗(yàn)操作；
⑤稱量，得到固體23.3g，計(jì)算．
步驟②的目的是：

 

．步驟④兩步實(shí)驗(yàn)操作的名稱分別為：

 

、

 

．樣品中（NH₄）₂SO₄的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：

 

（保留兩位有效數(shù)字）．
（3）據(jù)研究表明方法3的氣配比最適宜為0.75[即煤氣（CO、H₂的體積分?jǐn)?shù)之和為90%）：SO₂煙氣（SO₂體積分?jǐn)?shù)不超過(guò)15%）流量=30：40]．用平衡原理解釋保持氣配比為0.75的目的是：

 

．
（4）方法4中用惰性電極電解溶液的裝置如圖所示．陽(yáng)極電極反應(yīng)方程式為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：熱化學(xué)方程式,電解原理,探究物質(zhì)的組成或測(cè)量物質(zhì)的含量

專題：實(shí)驗(yàn)探究和數(shù)據(jù)處理題,化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,電化學(xué)專題

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱，書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)方程式；根據(jù)平衡常數(shù)概念書(shū)寫(xiě)平衡常數(shù)表達(dá)式；
（2）根據(jù)測(cè)定步驟可知反應(yīng)原理為：利用（NH₄）₂SO₃與鹽酸反應(yīng)生成二氧化硫、氯化銨和水，除去亞硫酸銨，二氧化硫易被氧化，要防氧化，煮沸，二氧化硫逸出，利用硫酸銨和氯化鋇反應(yīng)生成硫酸鋇沉淀，稱量硫酸鋇的質(zhì)量可計(jì)算出硫酸銨的質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算出硫酸銨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
（3）提高一種反應(yīng)物濃度可提高另一種物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率；
（4）據(jù)化合價(jià)變化判斷陽(yáng)極反應(yīng)物質(zhì)，寫(xiě)出陽(yáng)極反應(yīng)式．

解答： 解：（1）①CaO（s）+CO₂（g）=CaCO₃（s）△H=-178.3kJ/mol
②CaO（s）+SO₂（g）=CaSO₃（s）△H=-402.0kJ/mol
③2CaSO₃（s）+O₂（g）=2CaSO₄（s）△H=-2314.8kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，③-①×2+②×2得：2CaCO₃（S）+2SO₂（g）+O₂（g）=2CaSO₄（S）+2CO₂（g）
△H=（-2314.8kJ/mol）-（-178.3kJ/mol）×2+（-402.0kJ/mol）×2=-2762.2 kJ/mol；
根據(jù)方程式和平衡常數(shù)的概念寫(xiě)出平衡常數(shù)表達(dá)式：K=

c2(CO2)

c(O2)?c2(SO2)

；
故答案為：2CaCO₃（S）+2SO₂（g）+O₂（g）=2CaSO₄（S）+2CO₂（g）△H=-2762.2 kJ/mol；

c2(CO2)

c(O2)?c2(SO2)

；
（2）根據(jù)測(cè)定步驟可知反應(yīng)原理為（NH₄）₂SO₃與鹽酸反應(yīng)生成二氧化硫、氯化銨和水，二氧化硫易被氧化，
要防氧化，煮沸，二氧化硫逸出，加入足量的氯化鋇，硫酸銨和氯化鋇反應(yīng)生成硫酸鋇沉淀，稱量硫酸鋇的質(zhì)量可計(jì)算出硫酸銨的質(zhì)量，
進(jìn)而計(jì)算出硫酸銨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
從以上分析可知，要想準(zhǔn)確，必須把亞硫酸銨除盡且不會(huì)轉(zhuǎn)化為硫酸根離子，故步驟②加入油層形成保護(hù)膜，防止二氧化硫被氧化為硫酸根離子，
煮沸，趕走溶液中的二氧化硫，防止被氧化造成誤差；過(guò)濾后沉淀表面有濾液中的雜質(zhì)，故需要洗滌，然后干燥得到純凈的硫酸鋇沉淀；故步驟④
兩步操作為：洗滌、干燥；
23.3g為硫酸鋇的質(zhì)量，則硫酸鋇的物質(zhì)的量為：

23.3g

233g/mol

=0.1mol，則硫酸銨的物質(zhì)的量也為0.1mol，硫酸銨的質(zhì)量為：0.1mol×132g/mol=13.2g，
硫酸銨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：

13.2g

13.9g

×100%=95%，
故答案為：使生成的SO₂完全逸出，防止SO₂被氧化造成誤差；洗滌；干燥； 95%；
（3）高溫下用水煤氣將SO₂還原為S的方程式為：2CO+SO₂=S+2CO₂，2H₂+SO₂=S+2H₂O，從方程式可看出水煤氣和二氧化硫按2：1恰好完全反應(yīng)，
氣配比最適宜為0.75，即水煤氣和二氧化硫的體積比為：（30%×90%）：40%×15%=27：6，即水煤氣遠(yuǎn)過(guò)量，從平衡角度看，提高一種反應(yīng)物的濃度，
可提高另一種物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率，
故答案為：還原氣體過(guò)量可以提高SO₂的轉(zhuǎn)化率；
（4）電解池中陽(yáng)極和電源正極相連，失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，電解NaHSO₃溶液可制得硫酸，硫的化合價(jià)升高，所以陽(yáng)極是HSO₃^-溶液失去電子被氧化生成SO₄^2-，則陽(yáng)極電極反應(yīng)式是：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺，
故答案為：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了熱化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、平衡原理及電解原理，中等難度．在回答方案2時(shí)，要搞清實(shí)驗(yàn)原理，根據(jù)操作步驟結(jié)合題目設(shè)問(wèn)進(jìn)行分析．方案4還可從圖示可知，從陰極輸入亞硫酸氫鈉，從陽(yáng)極輸出硫酸，由此可知陽(yáng)極是HSO₃^-失去電子被氧化生成SO₄^2-，由此寫(xiě)出電極反應(yīng)式．