Question

(17分)硫及其化合物有广泛应用。

（1）硫酸生产过程中涉及以下反应。已知25℃、l0l kPa时：

(i)2SO₂(g)+O₂(g)+2H₂O(l)=2H₂SO₄(l)ΔH=-457kJ/mol

(ii)SO₃(g) +H₂O(l)=H₂SO₄(l)ΔH=-130kJ/mol

则SO₂催化氧化反应中，每生成l mol SO₃(g)的焓变为_____kJ·mol^-1。

（2）对于SO₃催化氧化反应：2SO₂(g)+O₂(g) 2SO₃(g)。

①甲图是SO₂催化氧化反应时SO₂(g)和SO₃(g)的浓度随时间的变化情况。反应从开始到达到平衡时，用O₂表示的平均反应速率为____。

②在一容积可变的密闭容器中充入20mol SO₂(g)和l0 mol O₂(g)，O₂的平衡转化率随温度(T)、压强(P)的变化如图所示。则P₁与P₂的大小关系是P₁____ P₂(填>、=或<)；A、B、C三点的平衡常数大小关系是____(用K_A、K_B、K_C和 >、=、<表示)。

（3）为研究H₂SO₄生产中SO₃催化氧化时温度对SO₂平衡转化率的影响，进行如下试验。取100 L原料气(体积分数为SO₂7％、O₂ 11％、N₂82％)使之发生反应，在10l kPa下达到平衡，得到如下数据：

根据上述数据，575℃达平衡时，SO₃的体积分数为______％(保留一位小数)。

（4）工业生成硫酸过程中，通常用氨水吸收尾气。

①如果相同物质的量的SO₂与NH₃溶于水，发生反应的离子方程式为__________，所得溶液中c(H⁺)-c(OH^-)=___________(填序号)。

A.c(SO₃^2-)-c(H₂SO₃)                  B.c(HSO₃^-)+c(SO₃^2-)-c(NH₄⁺)

C.c(SO₃^2-)+c(NH₃∙H₂O)-c(H₂SO₃)        D.c(HSO₃^-)+2c(SO₃^2-)-c(NH₄⁺)

②工业上用足量氨水吸收硫酸工业废气。吸收SO₂后的碱性溶液还可用于Cl₂的尾气处理，吸收Cl₂后的溶液仍呈强碱性，则吸收Cl₂后的溶液中一定存在的阴离子有OH^-和_____。

Answer

（1）-98.5（2分）；

（2）0.0375mol/(L·min)（2分）；<(2分)；KA=KB>KC（2分）；

（3）5.8（3分）；

（4）SO2+NH3+H2O=NH4++HSO3-（2分），C、D（2分）；SO42-、Cl-（2分）。

【解析】

试题分析：（1）(i)- (ii)×2，整理可得：2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH=-197kJ/mol，可见每产生2mol SO3(g)放热197kJ，若SO2催化氧化反应中，每生成l mol SO3(g)，则其焓变为197÷2=-98.5kJ/mol。（2） ①根据图像可知从反应开始至平衡，SO2的浓度变化是Δc(SO2)=(0.90-0.15)mol/L=0.75mol/L，则V(SO2)= Δc(SO2) ÷Δt=0.75mol/L÷10min=0.075mol/(L∙min)。根据方程式可知V(SO2)：V(O2)=2:1，所以V(O2)= 0.0375 mol/(L∙min)。②在温度不变时，增大压强，平衡向气体体积减小的正反应方向移动，O2的转化率增大。由于在压强p2物质的转化率大于p1的转化率，所以压强p2>p1。化学平衡常数只与温度有关，温度相同，化学平衡常数相同。由于该反应的正反应是放热反应，升高温度，平衡向吸热的逆反应方向移动，化学平衡常数减小。由于温度：TA=TBKC。（3） 根据表格数据可知在575℃达平衡时，SO2的平衡转化率是80.0％，在原来100 L气体中含有SO2的体积是7％×100 L=7L，所以反应的SO2体积是V(SO2)=7L×80.0％=5.6L，根据2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)可知每有2体积SO2发生反应，会产生2体积 SO3,反应后气体体积减小1体积。所以反应的SO2体积是5.6L，平衡时产生混合气体含有的SO3的体积是V(SO3)= 5.6L，混合气体的总体积是100 L-2.8L=97.2L，因此达平衡时，SO3的体积分数为（5.6L÷97.2L）×100.0％=5.8％。（4）①如果相同物质的量的SO2与NH3溶于水，由于SO2与水反应形成的是二元酸H2SO3， NH3溶于水形成的是一元碱NH3∙H2O，所以二者恰好发生反应形成酸式盐NH4HSO3，发生反应的离子方程式为SO2+NH3+H2O=NH4++HSO3-，根据电荷守恒，可得关系式：c(H+)+ c(NH4+)= c(OH-)+ c(HSO3-)+2c(SO32-)，所以c(H+)-c(OH-)= c(HSO3-)+2c(SO32-)- c(NH4+)，选项D正确；根据质子守恒可得c(H+)+c(H2SO3)= c(OH-)+c(SO32-)+c(NH3∙H2O)，所以c(H+)-c(OH-)= c(SO32-)+c(NH3∙H2O)-c(H2SO3)，所以选项C正确。故答案是C、D。②工业上用足量氨水吸收硫酸工业废气。吸收SO2后的碱性溶液还可用于Cl2的尾气处理，吸收Cl2后的溶液仍呈强碱性，Cl2有强的氧化性，会把SO2反应产生的SO32-氧化为SO42-，氯气得到电子，被还原变为Cl-，所以吸收Cl2后的溶液中一定存在的阴离子有OH-和Cl-、SO42-。

考点：考查热化学方程式的书写、温度、压强对化学反应速率、化学平衡移动的影响、溶液中离子浓度大小、氧化还原反应在离子反应中的应用的知识。