Question

3．消除氮氧化物、二氧化硫等物質(zhì)造成的污染是目前研究的重要課題．
（1）燃煤煙氣脫硫常用如下方法．
①用生物質(zhì)熱解氣（主要成分CO、CH₄、H₂）將SO₂在高溫下還原成單質(zhì)硫．涉及的部分反應(yīng)如下：2CO（g）+SO₂（g）═S（g）+2CO₂（g）△H₁=+8.0kJ•mol^-1
2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ•mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₃=-483.6kJ•mol^-1
則H₂（g）還原SO₂（g）生成S（g）和H₂O（g）的熱化學(xué)方程式為2H₂（g）+SO₂（g）═S（g）+2H₂O（g）△H=+90.4kJ/mol．
②一氧化碳還原法：在絕熱恒容的密閉容器中，反應(yīng)2CO（g）+SO₂（g）?S（s）+2CO₂（g）達到平衡時，下列說法正確的是a（填序號）．
a．容器內(nèi)氣體的壓強保持不變                   
b．分離出S，正反應(yīng)速率減小
c．若再充入一定量的CO₂，反應(yīng)的平衡常數(shù)不變
③用氨水將SO₂轉(zhuǎn)化為NH₄HSO₃，再氧化成（NH₄）₂SO₄．實驗測得NH₄HSO₃溶液中$\frac{c（S{O}_{3}^{2-}）}{c（{H}_{2}S{O}_{3}）}$=15，則溶液的pH為5． （已知：H₂SO₃的K_a1=1.5×10^-2，K_a2=1.0×10^-7）
（2）電解NO可以制備NH₄NO₃，其工作原理如下圖所示，陽極的電極反應(yīng)式為：NO-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺，為使電解產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)化為NH₄NO₃，需補充物質(zhì)A，A是NH₃．
（3）Na₂S是常用的沉淀劑．某工業(yè)污水中含有等濃度的Cu²⁺、Fe²⁺、Pb²⁺，滴加Na₂S溶液后首先析出的沉淀是CuS．當(dāng)最后一種離子沉淀完全時（該離子濃度為10^-5 mol•L^-1），此時S^2-的濃度為6.3×10^-13mol/L
（已知：K_sp（FeS）=6.3×10^-18；K_sp（CuS）=6×10^-36；K_sp（PbS）=2.4×10^-28）

Answer 1

分析 （1）①H₂（g）還原SO₂（g）生成S（g）和H₂O（g）的化學(xué)方程式為：2H₂（g）+SO₂（g）═S（g）+2H₂O（g），該反應(yīng)可由已知熱效應(yīng)的熱化學(xué)方程式推導(dǎo)，根據(jù)蓋斯定律計算該反應(yīng)的焓變；
②a、反應(yīng)2CO（g）+SO₂（g）?S（s）+2CO₂（g）反應(yīng)前后氣體體積不同；
b、S是固體，分離出來不影響化學(xué)反應(yīng)速率；
c、化學(xué)平衡常數(shù)只受溫度影響；
③根據(jù)H₂SO₃的平衡常數(shù)和多重平衡規(guī)則分析計；
（2）工業(yè)上電解NO制備 NH₄NO₃，由裝置圖可知陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，NO被氧化生成NO₃^-，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，NO被還原生成NH₄⁺，陽極反應(yīng)為NO-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺，陰極反應(yīng)為：NO+5e^-+6H⁺=NH₄⁺+H₂O；依據(jù)電解方程式判斷解答應(yīng)該加入的物質(zhì)；
（3）物質(zhì)組成類型相同，溶度積越小，溶解度越小，滴加硫化鈉，相應(yīng)陽離子最先沉淀；根據(jù)溶度積計算S^2-的濃度．

解答 解：（1）①已知：①2CO（g）+SO₂（g）═S（g）+2CO₂（g）△H₁=8.0kJ/mol，
                      ②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol，
                      ③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₃=-483.61kJ/mol，
H₂（g）還原SO₂（g）生成S（g）和H₂O（g）的化學(xué)反應(yīng)方程式為：2H₂（g）+SO₂（g）═S（g）+2H₂O（g），該反應(yīng)可由①-②+③得到，根據(jù)蓋斯定律，則該反應(yīng)的焓變?yōu)椤鱄=△H₁-△H₂+△H₃=8.0-（-566.0）+（-483.6）=90.4kJ/mol，
故答案為：2H₂（g）+SO₂（g）═S（g）+2H₂O（g）△H=+90.4kJ/mol；
②a、反應(yīng)2CO（g）+SO₂（g）?S（s）+2CO₂（g）反應(yīng)前后氣體體積不同，恒容容器中壓強不變說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故a正確；
b、S是固體，分離出來不影響化學(xué)反應(yīng)速率，故b錯誤；
c、化學(xué)平衡常數(shù)只受溫度影響，溫度不變化學(xué)平衡常數(shù)不變，所以化學(xué)平衡常數(shù)不變不能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故c錯誤；
故答案為：a；
③實驗測得NH₄HSO₃溶液中$\frac{c（S{O}_{3}^{2-}）}{c（{H}_{2}S{O}_{3}）}$=15，由H₂SO₃的電離平衡常數(shù)，根據(jù)多重平衡規(guī)則，K_a1•K_a2=$\frac{{c}^{2}（{H}^{+}）c（S{{O}_{3}}^{2-}）}{c（{H}_{2}S{O}_{3}）}$=1.5×10^-2×1.0×10^-7=1.5×10^-9，所以溶液中c（H⁺）=10^-5mol/L，則pH=-lgc（H⁺）=5，故答案為：5；
（2）電解NO制備NH₄NO₃，陽極反應(yīng)為NO-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺，陰極反應(yīng)為：NO+5e^-+6H⁺=NH₄⁺+H₂O；
電解NO制備NH₄NO₃，陽極反應(yīng)為5NO-15e^-+10H₂O=5NO₃^-+20 H⁺，陰極反應(yīng)為：3NO+15e^-+18H⁺=3NH₄⁺+3H₂O，總反應(yīng)方程式為：8NO+7H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$3NH₄NO₃+2HNO₃，因此若要使電解產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)化為NH₄NO₃，需補充NH₃；故答案為：NO-3e^-+2H₂O=NO₃^-+4H⁺；NH₃；
（3）物質(zhì)組成類型相同，溶度積越小，溶解度越小，滴加硫化鈉，相應(yīng)陽離子最先沉淀，故首先析出沉淀是CuS，
Fe²⁺最后沉淀，沉淀完全時該濃度為10^-5mol•L^-1，此時的S^2-的濃度為$\frac{6.3×1{0}^{-18}}{1{0}^{-5}}$mol/L=6.3×10^-13mol/L，
故答案為：CuS；6.3×10^-13mol/L．

點評 本題考查范圍廣，本題以學(xué)生比較陌生的物質(zhì)為載體，考查學(xué)生閱讀題目獲取信息的能力、氧化還原反應(yīng)計算、物質(zhì)分離提純、鹽類水解、溶度積的有關(guān)計算與應(yīng)用等，是在新情境下綜合運用知識解決問題的能力的考查，題目有一定的難度．