Question

我国工业上主要采用以下四种方法降低尾气中的含硫量：

方法1	燃煤中加入石灰石，将SO2转化为CaSO3，再氧化为CaSO4
方法2	用氨水将SO2转化为NH4HSO3，再氧化为（NH4）2SO4
方法3	高温下用水煤气将SO2还原为S
方法4	用Na2SO3溶液吸收SO2，再电解转化为H2SO4

（1）方法1中已知：CaO（s）+CO₂（g）=CaCO₃（s）△H=-178.3kJ/mol
CaO（s）+SO₂（g）=CaSO₃（s）△H=-402.0kJ/mol
2CaSO₃（s）+O₂（g）=2CaSO₄（s）△H=-2314.8kJ/mol
写出CaCO₃与SO₂反应生成CaSO₄的热化学方程式：

 

；此反应的平衡常数表达式为：

 

．
（2）方法2中最后产品中含有少量（NH₄）₂SO₃，为测定（NH₄）₂SO₄的含量，分析员设计以下步骤：
①准确称取13.9g样品，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过量盐酸，充分反应，再加热煮沸；
③加入足量的氯化钡溶液，过滤；
④进行两步实验操作；
⑤称量，得到固体23.3g，计算．
步骤②的目的是：

 

．步骤④两步实验操作的名称分别为：

 

、

 

．样品中（NH₄）₂SO₄的质量分数：

 

（保留两位有效数字）．
（3）据研究表明方法3的气配比最适宜为0.75[即煤气（CO、H₂的体积分数之和为90%）：SO₂烟气（SO₂体积分数不超过15%）流量=30：40]．用平衡原理解释保持气配比为0.75的目的是：

 

．
（4）方法4中用惰性电极电解溶液的装置如图所示．阳极电极反应方程式为

 

．

Answer 1

考点：热化学方程式,电解原理,探究物质的组成或测量物质的含量

专题：实验探究和数据处理题,化学反应中的能量变化,电化学专题

分析：（1）根据盖斯定律计算反应热，书写热化学方程式；根据平衡常数概念书写平衡常数表达式；
（2）根据测定步骤可知反应原理为：利用（NH₄）₂SO₃与盐酸反应生成二氧化硫、氯化铵和水，除去亚硫酸铵，二氧化硫易被氧化，要防氧化，煮沸，二氧化硫逸出，利用硫酸铵和氯化钡反应生成硫酸钡沉淀，称量硫酸钡的质量可计算出硫酸铵的质量，进而计算出硫酸铵的质量分数；
（3）提高一种反应物浓度可提高另一种物质的转化率；
（4）据化合价变化判断阳极反应物质，写出阳极反应式．

解答： 解：（1）①CaO（s）+CO₂（g）=CaCO₃（s）△H=-178.3kJ/mol
②CaO（s）+SO₂（g）=CaSO₃（s）△H=-402.0kJ/mol
③2CaSO₃（s）+O₂（g）=2CaSO₄（s）△H=-2314.8kJ/mol
根据盖斯定律，③-①×2+②×2得：2CaCO₃（S）+2SO₂（g）+O₂（g）=2CaSO₄（S）+2CO₂（g）
△H=（-2314.8kJ/mol）-（-178.3kJ/mol）×2+（-402.0kJ/mol）×2=-2762.2 kJ/mol；
根据方程式和平衡常数的概念写出平衡常数表达式：K=

c2(CO2)

c(O2)?c2(SO2)

；
故答案为：2CaCO₃（S）+2SO₂（g）+O₂（g）=2CaSO₄（S）+2CO₂（g）△H=-2762.2 kJ/mol；

c2(CO2)

c(O2)?c2(SO2)

；
（2）根据测定步骤可知反应原理为（NH₄）₂SO₃与盐酸反应生成二氧化硫、氯化铵和水，二氧化硫易被氧化，
要防氧化，煮沸，二氧化硫逸出，加入足量的氯化钡，硫酸铵和氯化钡反应生成硫酸钡沉淀，称量硫酸钡的质量可计算出硫酸铵的质量，
进而计算出硫酸铵的质量分数；
从以上分析可知，要想准确，必须把亚硫酸铵除尽且不会转化为硫酸根离子，故步骤②加入油层形成保护膜，防止二氧化硫被氧化为硫酸根离子，
煮沸，赶走溶液中的二氧化硫，防止被氧化造成误差；过滤后沉淀表面有滤液中的杂质，故需要洗涤，然后干燥得到纯净的硫酸钡沉淀；故步骤④
两步操作为：洗涤、干燥；
23.3g为硫酸钡的质量，则硫酸钡的物质的量为：

23.3g

233g/mol

=0.1mol，则硫酸铵的物质的量也为0.1mol，硫酸铵的质量为：0.1mol×132g/mol=13.2g，
硫酸铵的质量分数为：

13.2g

13.9g

×100%=95%，
故答案为：使生成的SO₂完全逸出，防止SO₂被氧化造成误差；洗涤；干燥； 95%；
（3）高温下用水煤气将SO₂还原为S的方程式为：2CO+SO₂=S+2CO₂，2H₂+SO₂=S+2H₂O，从方程式可看出水煤气和二氧化硫按2：1恰好完全反应，
气配比最适宜为0.75，即水煤气和二氧化硫的体积比为：（30%×90%）：40%×15%=27：6，即水煤气远过量，从平衡角度看，提高一种反应物的浓度，
可提高另一种物质的转化率，
故答案为：还原气体过量可以提高SO₂的转化率；
（4）电解池中阳极和电源正极相连，失去电子，发生氧化反应，电解NaHSO₃溶液可制得硫酸，硫的化合价升高，所以阳极是HSO₃^-溶液失去电子被氧化生成SO₄^2-，则阳极电极反应式是：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺，
故答案为：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺．

点评：本题考查了热化学方程式的书写、实验设计、平衡原理及电解原理，中等难度．在回答方案2时，要搞清实验原理，根据操作步骤结合题目设问进行分析．方案4还可从图示可知，从阴极输入亚硫酸氢钠，从阳极输出硫酸，由此可知阳极是HSO₃^-失去电子被氧化生成SO₄^2-，由此写出电极反应式．