Question

9．SO₂的含量是空氣質(zhì)量日報中一項重要檢測指標，請結合所學知識回答下列問題．
（1）工業(yè)制硫酸過程中，SO₂催化氧化的原理為：
2SO₂（g）+O₂（g）$?_{△}^{催化劑}$2SO₃（g）
T℃時，向某密閉容器中充入一定SO₂（g）和O₂（g），發(fā)生上述反應，測得SO₂（g）的平衡轉化率（a）與體系總壓強（p）的關系如圖1所示．

①a、b兩點對應的平衡常數(shù)K（a）=K（b）（填“＞”、“＜”或“=”，下同），SO₂濃度c（a）＞c（b）．
②c點時，反應速率v_（正）＜v_（逆）．
（2）電化學法處理SO₂．
硫酸工業(yè)尾氣中的SO₂經(jīng)分離后，可用于制備硫酸，同時獲得電能，裝置如圖2所示（電極均為惰性材料）：
①M極發(fā)生的電極反應式為SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-．
②若使該裝置的電流強度達到2.0A，理論上每分鐘應向負極通入標準狀況下氣體的體積為0.014L（已知：1個e^-所帶電量為1.6×10^-19C）．
（3）溶液法處理SO₂．
已知常溫下H₂SO₃和H₂CO₃的電離常數(shù)如表所示：

電離常數(shù) 酸	K1	K2
H2SO3	1.3×10-2	6.3×10-8
H2CO3	4.2×10-7	5.6×10-11

常溫下，將SO₂緩慢通入100mL 0.2mol•L^-1的Na₂CO₃溶液中，當通入448mLSO₂時（已折算為標準狀況下的體積，下同），發(fā)生的離子方程式為SO₂+H₂O+CO₃^2-=HCO₃^-+HSO₃^-；當通入896mLSO₂時，所得溶液呈弱酸性，溶液中各離子濃度由大到小的順序為c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-）．

Answer 1

分析 （1）①平衡常數(shù)隨溫度變化，溫度不變，平衡常數(shù)不變；根據(jù)圖象可知壓強越大SO₂（g）的平衡轉化率（a）越大；
②根據(jù)圖象可知c點在平衡點上方，所以要達到平衡要向下移動；
（2）①該裝置是原電池，反應原理為二氧化硫、氧氣和水反應生成硫酸，負極上的物質(zhì)失電子發(fā)生氧化反應，正極上的物質(zhì)得電子發(fā)生還原反應，據(jù)此分析M極發(fā)生的電極反應式；
②根據(jù)Q=It和N=$\frac{Q}{e}$結合SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-計算；
（3）將當通入448mL即$\frac{0.448}{22.4}$=0.02molSO₂緩慢通入100mL 0.2mol•L^-1即0.1×0.2=0.02mol的Na₂CO₃溶液中時，則按1：1反應書寫離子方程式；當通入896mL即$\frac{0.896}{22.4}$=0.04molSO₂時，則按2：1反應生成亞硫酸鈉、水和二氧化碳，據(jù)此判斷溶液中各離子濃度由大到小的順序．

解答 解：（1）①平衡常數(shù)隨溫度變化，溫度不變，平衡常數(shù)不變，所以K（a）=K（b），由圖象可知壓強越大SO₂（g）的平衡轉化率（a）越大，所以b點SO₂（g）的平衡轉化率比a點大，則SO₂濃度c（a）＞c（b），
故答案為：=；＞；
②根據(jù)圖象可知c點在平衡點上方，所以要達到平衡要向下移動即減小SO₂（g）的平衡轉化率即逆向移動，則v（正）＜v（逆），
故答案為：＜；
（2）①該裝置是原電池，反應原理為二氧化硫、氧氣和水反應生成硫酸，通入氧氣的N電極是正極，原電池放電時，氫離子由負極移向正極，正極上氧氣得電子和氫離子反應生成水，電極反應式為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，負極M上，二氧化硫失電子和水反應生成硫酸，電極反應式為：SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-，
故答案為：SO₂-2e^-+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-；
②根據(jù)Q=It=2A×60s=120C，N=$\frac{Q}{e}$=$\frac{120}{1.6×1{0}^{-19}}$=7.5×10²⁰個，
由SO₂～～～～2e^-
22.4   2×6.02×10²³
V      7.5×10²⁰
V=$\frac{22.4×7.5×1{0}^{20}}{2×6.02×1{0}^{23}}$≈0.014L，
故答案為：0.014；
（3）將當通入448mL即$\frac{0.448}{22.4}$=0.02molSO₂緩慢通入100mL 0.2mol•L^-1即0.1×0.2=0.02mol的Na₂CO₃溶液中時，則按1：1反應生成亞硫酸氫鈉和碳酸氫鈉，離子方程式為：SO₂+H₂O+CO₃^2-=HCO₃^-+HSO₃^-；當通入896mL即$\frac{0.896}{22.4}$=0.04molSO₂時，則按2：1反應生成亞硫酸鈉、水和二氧化碳，則所得溶液即為亞硫酸鈉溶液，電離大于水解顯酸性，所以溶液中各離子濃度由大到小的順序為：c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-），
故答案為：SO₂+H₂O+CO₃^2-=HCO₃^-+HSO₃^-；c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-）．

點評 本題綜合性較大，涉及化學平衡常數(shù)、化學平衡影響因素以及電化學知識等，為高考常見題型，側重于學生的分析、計算能力的考查，難度較大．