Question

【題目】目前處理煙氣中的SO2有三種方法：液吸法、還原法、電化學法。

I.液吸法

25℃，Kb(NH3·H2O)=1.8×10－5；H2SO3：Ka1=1.5×10－2，Ka2=1.0×10－7；Ksp(CaSO4)=7.1×10－5

第1步：用過量濃氨水吸收SO2，并在空氣中氧化。

第2步：加入石灰水，發生反應Ca2++2OH－+2NH4++SO42－CaSO4↓+2NH3·H2O。

(1)25℃，(NH4)2SO3溶液呈___________(填“酸性”、“堿性”、“中性”)

(2)通過計算第2步反應的K判斷第2步反應___________(填“能”或“不能”)進行完全。(一般認為K>105時反應就進行完全了。)

Ⅱ.還原法

已知：①2CO(g)+SO2(g)S(l)+2CO2(g) △H1=－37.0kJ·mo1－1

②2H2(g)+SO2(g)S(1)+2H2O(g) △H2=+45.0kJ·mo1－1

③2CO(g)+O2(g)==2CO2(g) △H3=－566.0 kJ·mol－1

④2H2(g)+O2(g)==2H2O(g) △H4=－484.0kJ·mo1－1

(1)寫出液態硫(S)燃燒的熱化學方程式_________________________________。

(2)一定壓強下，反應①SO2的平衡轉化率[α(SO2)]與投料比的比值溫度(T)的關系如圖所示。

則CO的平衡轉化率：N___________M(填“＞”、“＜”、“=”，下同)；逆反應速率：N___________P。

Ⅲ.電化學法

(1)原電池法：寫出SO2、O2和稀H2SO4所構成的原電池的負極反應式___________。

(2)電解法：先用Na2SO4溶液吸收煙氣中的SO2，再用離子膜電解法電解吸收液得到單質硫，同時在陽極得到副產物氧氣，裝置如下圖所示。

①b為電源的___________(填“正極”或“負極”)。

②用Na2SO4溶液代替水吸收煙氣中的SO2，目的是______________________。

③若電解一段時間后通過質子交換膜的離子數為1.204×1024個，則通過處理煙氣理論上能得到硫___________Kg。

Answer 1

【答案】堿性 能 -529.0 kJ·mol－1 > < 正極 增強溶液導電能力，加快電解速率 16

【解析】

I. (1) 根據Kb(NH3·H2O)=1.8×10－5、H2SO3的Ka2=1.0×10－7分析25℃，(NH4)2SO3溶液的酸堿性；(2) ；Ⅱ. (1)根據蓋斯定律計算液態硫(S)燃燒的焓變；(2)相同溫度下，越大，α(SO2)越大，根據圖示可知；溫度越高反應速率越快；Ⅲ. (1) SO2中的S是+4價,反應時升高到+6價,所以發生氧化反應,是原電池的負極；（2）①用離子膜電解法電解吸收液得到單質硫，硫元素化合價降低發生還原反應，在電解池的陰極，同時溶液中氫氧根離子在陽極失電子生成氧氣，由于銅是活潑電極，所以銅電極做陰極，鉑棒做陽極，電源正極連接陽極，電源負極接陰極；②從溶液導電能力和電解原理分析；③陰極是二氧化硫在酸性溶液中得到電子生成單質硫，通過質子交換膜的離子數與轉移電子數相等。

I. (1) Kb(NH3·H2O)=1.8×10－5大于H2SO3的Ka2=1.0×10－7，所以NH4+的水解程度小于SO32－，所以25℃，(NH4)2SO3溶液的顯堿性；(2)

所以第2步反應能完全進行。

Ⅱ. (1)②2H2(g)+SO2(g)S(1)+2H2O(g) △H2=+45.0kJ·mo1－1

④2H2(g)+O2(g)==2H2O(g) △H4=－484.0kJ·mo1－1

根據蓋斯定律，④-②得液態硫(S)燃燒的熱化學方程式 -529.0 kJ·mol－1；(2)相同溫度下，越大，α(SO2)越大，根據圖示可知，M、N點α(SO2)相等，M點CO的投放大于N，所以CO的平衡轉化率：N>M；溫度越高反應速率越快，P點的溫度大于N，所以逆反應速率：N<P。；Ⅲ. (1) SO2、O2和稀H2SO4所構成的原電池，SO2在負極失電子生成SO42－，負極反應式是；（2）①用離子膜電解法電解吸收液得到單質硫，硫元素化合價降低發生還原反應，該反應在電解池的陰極發生，同時溶液中氫氧根離子在陽極失電子生成氧氣，由于銅是活潑電極，所以銅電極做陰極，鉑棒做陽極，電源正極連接陽極，電源負極連接陰極，故b是電源正極；②Na2SO4溶液代替水吸收煙氣中的SO2，電解過程中可以增強溶液導電能力，加快電解速率；③陰極是二氧化硫在酸性溶液中得到電子生成單質硫，電極反應為：SO2+4H++4e-═S+2H2O；通過質子交換膜的離子數為1.204×1024個，其物質的量為2mol，依據電極反應中定量關系計算，每通過4mol氫離子，生成硫單質1mol，則通過2mol氫離子可生成硫單質0.5mol，質量為0.5mol×32g/mol=16g。