Question

（2013?煙臺模擬）制備BaCl₂和SO₃的流程圖如下：

已知；①BaSO₄（s）+4C（s）

高溫

4CO（g）+BaS（s）△H₁=571.2kJ?mol^-1
②BaSO₄（s）+4C（s）

高溫

2CO₂（g）+BaS（s）△H₂=226.2kJ?mol^-1
（1）SO₂用NaOH溶液吸收可得到NaHSO₃溶液．已知在0.1mol?L^-1的NaHSO₃溶液中有關微粒濃度由大到小的順序為：[Na+]＞[HSO3]＞[SO32-]＞[H2SO3]．則該溶液中[H⁺]

＞

[OH^-]（填“＜”、“＞”或“=”），簡述理由（用簡單的文字和離子方程式說明）

c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃），說明亞硫酸氫鈉的電離程度大于水解程度，所以氫離子濃度大于氫氧根離子濃度

．
（2）向BaCl₂溶液中加入Na₂SO₄和Na₂CO₃，當兩種沉淀共存時

c(SO42-)

c(CO32-)

=

2.2×10^-2

．[Ksp(BaSO4)=1.1×10-10，Ksp(BaCO3)=5.1×10-9]
[Kφ（BaSO₄）=1.1×10^-10，Kφ（BaCO₃）=5.1×10^-9]
（3）實際生產中必須加入過量的炭，同時還要通入空氣，其目的是

使BaSO₄得到充分的還原（或提高BaS的產量）

，

①②為吸熱反應，炭和氧氣反應放熱維持反應所需高溫

，

無

．
（4）在催化劑作用下發生反應：2SO₂+O₂

催化劑

△

2SO₃．反應達到平衡，判斷該反應達到平衡狀態的標志是

bc

．（填字母）
a．SO₂和SO₃濃度相等               b．SO₂百分含量保持不變
c．容器中氣體的壓強不變           d．SO₃的生成速率與SO₂的消耗速率相等
（5）用SO₂和O₂制備硫酸，裝置如圖所示．電極為多孔材料，能吸附氣體，同時也能使氣體與電解質溶液充分接觸．
B極的電極反應式為

SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺

；電池總反應式為

2SO₂+O₂+2H₂O═2H₂SO₄

．

Answer 1

分析：（1）NaHSO₃溶液中存在反應：HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-、HSO₃^-+H₂O?OH^-+H₂SO₃，由于 c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃），所以電離程度大于水解；
（2）根據硫酸鋇和碳酸鋇的溶度積計算

c(SO42-)

c(CO32-)

；
（3）加入過量C可提高冰晶石的轉化率，同時維持反應進行；
（4）根據達到平衡狀態，各組分濃度不變，正逆反應速率相等進行分析；
（5）本題為SO₂與O₂反應生成SO₃，SO₃再與水化合生成硫酸，根據硫酸的出口判斷正負極，負極發生氧化反應，正極發生還原反應，原電池放電時，電解質溶液中陽離子向正極移動．

解答：解：（1）由于NaHSO₃溶液中，c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃），說明亞硫酸氫鈉的電離程度大于水解程度，反應的離子方程式為：HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-、HSO₃^-+H₂O?OH^-+H₂SO₃，
故答案為：＞；c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃），說明亞硫酸氫鈉的電離程度大于水解程度，所以氫離子濃度大于氫氧根離子濃度；
（2）向BaC1₂溶液中加入Na₂SO₄和Na₂CO₃，當兩種沉淀共存時，溶液中鋇離子濃度相同，
c（SO₄^2-））=

1.1×10-10

c(Ba2+)

，c（CO₃^2-）=

5.1×10-9

c(Ba2+)

，
所以：

c(SO42-)

c(CO32-)

=

1.1×10-10

5.1×10-9

=2.2×10^-2mol/L，
故答案為：2.2×10^-2；
（3）加入過量C可提高冰晶石的轉化率，以上反應為吸熱反應，炭和氧氣反應放熱維持反應所需高溫，
故答案為：使BaSO₄得到充分的還原（或提高BaS的產量），①②為吸熱反應，炭和氧氣反應放熱維持反應所需高溫；
（4）a．SO₂和SO₃濃度相等，不能判斷濃度是否變化，無法判斷是否達到平衡狀態，故a錯誤；
b．SO₂百分含量保持不變，說明各組分的濃度不變，正逆反應速率相等，達到了平衡狀態，故b正確；
c．反應方程式兩邊氣體的體積不相等，容器中氣體的壓強不變，說明各組分濃度不變，正逆反應速率相等，達到了平衡狀態，故c正確；
d．SO₃的生成速率與SO₂的消耗速率相等，表示的都是正逆反應速率，無法判斷正逆反應速率是否相等，故d錯誤；
故選：bc；
（5）該原電池中，負極上失電子被氧化，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，正極上投放的氣體是氧氣，正極上氧氣得電子和氫離子反應生成水，根據硫酸和水的出口方向知，B極是負極，A極是正極，所以B極上的電極反應式為：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺，
原電池放電時，氫離子由負極B移向正極A，所以其電池反應式為：2SO₂+O₂+2H₂O═2H₂SO₄，
故答案為：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺；2SO₂+O₂+2H₂O═2H₂SO₄．

點評：本題考查了制備BaCl₂和SO₃的流程，考查較為綜合，題目具有一定難度，涉及鹽類的水解、難溶電解質的溶解平衡、反應熱的計算等問題，本題注意溶度積常數的利用．