Question

我國工業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轉化為CaSO3，再氧化為CaSO4
方法2	用氨水將SO2轉化為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，再電解轉化為H2SO4

 
（1）方法1中已知：① CaO(s)＋CO₂(g)＝CaCO₃(s)  ΔH=－178.3 kJ/mol
②CaO(s)＋SO₂(g)＝CaSO₃(s) ΔH=－402.0 kJ/mol 
③2CaSO₃(s)＋O₂(g)＝2CaSO₄(s) ΔH=－2314.8 kJ/mol
寫出CaCO₃與SO₂反應生成CaSO₄的熱化學方程式：____；此反應的平衡常數表達式為：_____。

（2）方法2中最后產品中含有少量(NH₄)₂SO₃，為測定(NH₄)₂SO₄的含量，分析員設計以下步驟：
①準確稱取13.9 g 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量鹽酸，充分反應，再加熱煮沸；
③加入足量的氯化鋇溶液，過濾；
④進行兩步實驗操作；
⑤稱量，得到固體23.3 g，計算。
步驟②的目的是：_____。步驟④兩步實驗操作的名稱分別為：  _____、_____。樣品中(NH₄)₂SO₄的質量分數：____（保留兩位有效數字）。
（3）據研究表明方法3的氣配比最適宜為0.75［即煤氣（CO、H₂的體積分數之和為90%）∶SO₂煙氣（SO₂體積分數不超過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。陽極電極反應方程式為_____。

Answer 1

（1）2CaCO₃(S)＋2SO₂(g)＋O₂(g)＝2CaSO₄(S)＋2CO₂(g)  ΔH=－2762.2 kJ/mol；K=；
（2）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）還原氣體過量可以提高SO₂的轉化率；
（4）SO₃^2-＋H₂O－2e^-＝2H⁺＋SO₄^2-；

試題分析：(1)③+②×2-①×2.整理得2CaCO₃(S)＋2SO₂(g)＋O₂(g)＝2CaSO₄(S)＋2CO₂(g)  ΔH=－2762.2 kJ/mol。此反應的平衡常數表達式為K=；（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量鹽酸，充分反應，再加熱煮沸目的是使生成的SO₂完全逸出，防止SO₂被氧化造成誤差步驟④兩步實驗操作分別是洗滌、干燥；n(BaSO₄)=n( (NH₄)₂SO₄)=m/M=23.3g÷233g/mol=0.1mol,m((NH₄)₂SO₄)=n·M=0.1mol×132g/mol=13.2g.所以樣品中(NH₄)₂SO₄的質量分數(13.2g÷13.9 g) ×100%= 95%.（3）高溫下用水煤氣將SO₂還原為S的方程式為CO(g)+H₂(g)+SO₂(g)S(s)+ CO₂(g)+ H₂O(g)。由方程式可知反應時它們的物質的量的比為1:1:1.保持氣配比為0.75即還原氣體過量，目的是可以提高SO₂的轉化率，使更多的SO₂還原為S單質，從而大大降低尾氣中的含硫量。（4）用惰性電極電解Na₂SO₃溶液，陽極電極反應方程式為SO₃^2-＋H₂O－2e^-＝2H⁺＋SO₄^2-；陰極的電極反應式為2 HSO₃^-+2e^-= H₂↑+2SO₃^2-。