Question

8．雾霾天气中SO₂是造成空气污染的主要原因；在硫酸工业生产过程中2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）是关键步骤．该反应的过程在600℃时的平衡常数K=19，有关的能量变化，实验数据如图所示．

压强/Mpa 转化率/% 温度/℃	0.1	0.5	1	10
400	99.2	99.6	99.7	99.9
500	93.5	96.9	97.8	99.3
600	73.7	85.8	89.5	96.4

（1）已知1mol SO₂（g）氧化为1mol SO₃（g）时的△H=-99kJ/mol．则图中△H=198 kJ/mol； E代表的意义是正反应活化能．结合表中的数据解释该反应是放热反应的原因：压强一定时，温度升高，SO₂转化率下降，说明升温有利于逆反应进行，所以正反应为放热反应；若600℃时，在一密闭容器中，将二氧化硫和氧气混合，当测得容器内c（SO₂）=0.3mol/L，c（O₂）=0.1mol/L，c（SO₃）=0.4mol/L，在这种情况下，化学反应速率是v（正）＞ v（逆）（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）硫酸工厂尾气处理时用NaOH溶液吸收SO₂生成NaHSO₃．已知在0.1mol/L的NaHSO₃溶液中有关微粒浓度由大到小的顺序为c（Na⁺）＞c（HSO₃^-）＞c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃）．该溶液中c（H⁺）＞c（OH^-）（填“＞”、“＜”或“=”），简述理由（用简单的文字和离子方程式说明）：NaHSO₃溶液中存在反应：HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-、HSO₃^-+H₂O?OH^-+H₂SO₃，由于c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃），所以电离程度大于水解．
（3）有人设想用电化学原理生产硫酸（装置见图2），写出通入SO₂的电极的电极反应式：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；为稳定持续生产，硫酸溶液的浓度应维持不变，则通入SO₂和水的质量比为16：29．

Answer 1

分析 （1）因1mol SO₂（g）氧化为1mol SO₃的△H=-99kJ•mol^-1，所以2molSO₂（g）氧化为2molSO₃的△H=-198kJ•mol^-1；E表示正反应的活化能； 升高温度平衡向吸热方向移动，根据二氧化硫转化率大小判断反应热；此时浓度商=$\frac{0．{4}^{2}}{0．{3}^{2}×0.1}$=17.8＞16，据此判断平衡移动方向；
（2）溶液中存在c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃），说明HSO₃^-电离程度大于水解程度导致溶液呈酸性；
（3）根据图知，通入二氧化硫的电极上二氧化硫随着生成硫酸根离子，SO₂、O₂和水形成硫酸溶液的浓度为50%，求出SO₂和水的质量比．

解答 解：（1）因1mol SO₂（g）氧化为1mol SO₃的△H=-99kJ•mol^-1，所以2molSO₂（g）氧化为2molSO₃的△H=-198kJ•mol^-1，则△H=198kJ/mol，
E表示正反应的活化能；根据表中数据知，压强一定时，温度升高，SO₂转化率下降，说明升温有利于逆反应进行，所以正反应为放热反应；此时浓度商=$\frac{0．{4}^{2}}{0．{3}^{2}×0.1}$=17.8＞16，平衡正向移动，则v（正）＞v（逆），
故答案为：-198； 正反应的活化能；压强一定时，温度升高，SO₂转化率下降，说明升温有利于逆反应进行，所以正反应为放热反应；＞；
（2）NaHSO₃溶液中存在反应：HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-、HSO₃^-+H₂O?OH^-+H₂SO₃，由于 c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃），说明HSO₃^-电离程度大于水解程度导致溶液呈酸性，则c（H⁺）＞c（OH^-），
故答案为：＞； NaHSO₃溶液中存在反应：HSO₃^-?H⁺+SO₃^2-、HSO₃^-+H₂O?OH^-+H₂SO₃，由于 c（SO₃^2-）＞c（H₂SO₃），所以电离程度大于水解；
（3）根据图知，通入二氧化硫的电极上二氧化硫随着生成硫酸根离子，负极反应式为SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；
设：SO₂和水的质量分别为a、b
SO₂ +H₂O?H₂SO₃
64   18   82
a   $\frac{18a}{64}$  $\frac{82a}{64}$
2H₂SO₃ +O₂═2H₂SO₄
 164             196
 $\frac{82a}{64}$            $\frac{98a}{64}$
则：硫酸溶液的质量百分数为 $\frac{\frac{98a}{64}}{\frac{98a}{64}+b-\frac{18a}{64}}$×100%=50%，
整理可得 a：b=16：29，
故答案为：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；16：29．

点评 本题考查化学平衡计算、盐类水解、原电池原理等知识点，侧重考查学生分析判断及计算能力，本题注意把握原电池的工作原理，易错点为（3），注意计算方法的体会，难度中等．