Question

煤炭是我国的主要能源之一，与之伴生的二氧化硫(SO₂)和酸雨污染问题较为突出。目前我国采用的控制方法是电厂烟气脱硫。烟气脱硫的原理是利用碱性物质吸收并固定酸性的二氧化硫，主要有如下两种方法：

I、钠碱循环法脱硫技术。

(1)此法是利用Na₂SO₃溶液可脱除烟气中的SO₂。Na₂SO₃可由NaOH溶液吸收SO₂制得，该反应的离子方程式：                       。

(2)NaOH溶液吸收SO的过程中，pH随n(SO₃^2-)：n(HSO₃^-)变化关系如下表：

n(SO3^2^-)：n(HSO3^-)	91：9	1：1	9：91
pH	8.2	7.2	6.2

①由上表判断，NaHSO₃溶液显             性，用化学平衡原理解释：                 。

②当溶液呈中性时，离子浓度关系正确的是(选填字母)：             。

a．c(Na⁺)=c(SO₃^2-)+c(HSO₃^-)+c(H₂SO₃)

b．c(Na⁺)＞c(HSO₃^-)＞c(SO₃^2-)＞c(H^-)=c(OH^-)

c．c(Na⁺)=2c(SO₃^2-)+c(HSO₃^-)

II、石灰石脱硫法

此法是以石灰石为原料通过系列反应将硫元素以CaSO₄的形式固定，从而降低SO₂的排放。但是煤炭燃烧过程中产生的CO又会与CaSO₄发生化学反应，降低脱硫效率。相关反应的热化学方程式如下：

CaSO₄(s)+CO(g)CaO(s)+SO₂(g)+CO₂(g)△H=218.4kJ·mol^-1(反应Ⅰ)

CaSO₄(s)+4CO(g)CaS(s)+4CO₂(g)△H2=-175.6kJ·mol^-1(反应Ⅱ)

请回答下列问题：

(1)结合反应Ⅰ、Ⅱ写出CaSO₄(s)与CaS(s) 的热化学反应方程式                    。

(2)对于气体参与的反应，表示平衡常数 Kp时用气体组分(B)的平衡压强p(B)代替该气体物质的量浓度c(B)，则反应Ⅰ的Kp=                (用表达式表示)。

(3)假设某温度下，反应Ⅰ的速率(v₁)小于反应Ⅱ的速率(v₂)，则下列反应过程能量变化示意图正确的是                 。

(4)图1为实验测得不同温度下反应体系中CO初始体积百分数与平衡时固体产物中CaS质量百分数的关系曲线。则降低该反应体系中产生的SO₂生成量的措施有                   。

A、向该反应体系中投入生石灰

B、在合适的温度区间内控制较低的反应温度

C、降低CO的初始体积百分数

D、提高反应体系的温度

Answer

Ⅰ、(1)2OH-+SO2═SO32-+H2O；

(2)①酸；溶液中存在HSO3-H++SO32-，HSO3-+H2OH2SO3+OH-，显酸性是因其电离大于其水解；②bc；

Ⅱ、(1)3CaSO4(s)+CaS(s)=4CaO(s)+4SO2(g)△H=1049.2kJ•mol-1；

(2)；(3)B；(4)AB。

【解析】

试题分析：Ⅰ、(1)二氧化硫与氢氧化钠反应的离子方程式：2OH-+SO2═SO32-+H2O，故答案为：2OH-+SO2═SO32-+H2O；

(2)①由表格中的数据可知，溶液呈酸性，HSO3-越多，酸性越强，是因为溶液中存在：HSO3-SO32-+H+； HSO3-+H2OH2SO3+OH-电离程度大于水解程度，溶液显酸性，故答案为：酸；溶液中存在HSO3-H++SO32-，HSO3-+H2OH2SO3+OH-，显酸性是因其电离大于其水解；

②吸收液呈中性时，溶质为亚硫酸钠和亚硫酸氢钠，电离与水解的程度相等，a．由电荷守恒可知，c(H+)+c(Na+)═2c(SO32-)+c(HSO3-)+c(OH-)，中性溶液则c(H+)═c(OH-)，则c(Na+)═2c(SO32-)+c(HSO3-)，c(SO32-)≠c(H2SO3)，故a错误；b．SO32-+H2OHSO3-+OH-，HSO3-H++SO32-，亚硫酸两步水解，则离子浓度为c(Na+)＞c(HSO3-)＞c(SO32-)＞c(H+)=c(OH-)，故b正确；c．由电荷守恒可知，c(H+)+c(Na+)═2c(SO32-)+c(HSO3-)+c(OH-)，中性溶液则c(H+)═c(OH-)，则c(Na+)═2c(SO32-)+c(HSO3-)，故c正确；故答案为：bc；

Ⅱ、(1)CaSO4 (s)+CO (g) CaO(s)+SO2 (g)+CO2 (g)△H=218.4kJ•mol-1(反应Ⅰ)，CaSO4(s)+4CO(g) CaS(s)+4CO2(g)△H2=-175.6kJ•mol-1 (反应Ⅱ)根据盖斯定律将反应Ⅰ×4-反应Ⅱ)得：3CaSO4 (s)+CaS(s)=4CaO(s)+4SO2 (g)△H=1049.2kJ•mol-1，故答案为：3CaSO4 (s)+CaS(s)=4CaO(s)+4SO2 (g)△H=1049.2kJ•mol-1；

(2)由题意可知，平衡常数等于气体生成物二氧化硫、二氧化碳浓度幂之积除以气体反应物一氧化氮浓度幂之积，所以反应Ⅰ的Kp= ，故答案为：；

(3)反应Ⅰ为吸热反应，反应Ⅱ为放热反应，则A、D错误；反应Ⅰ的速率(v1)小于反应Ⅱ的速率(v2)，则反应Ⅱ的活化能较小，则C错误、B正确，故答案为：B；

(4)A．向该反应体系中投入生灰石，可使更多的二氧化硫转化为硫酸钙，减少二氧化硫的排放，故A正确；B．由反应Ⅰ可知生成二氧化硫的反应为吸热反应，则低温下不利于生成二氧化硫，则应在合适的温度区间内控制较低的反应温度，故B正确；C．由图象可知，降低CO的初始体积百分数，减小CaS的质量分数，增加二氧化硫的排放，故C错误；D．提高反应体系的温度，不利于二氧化硫的减少，故D错误；故答案为：AB。

【考点定位】考查二氧化硫的污染及治理；化学平衡的影响因素；化学平衡的计算

【名师点晴】本题考查了水解原理、离子浓度定性比较，盖斯定律计算、化学反应速率、平衡常数概念理解和计算应用，图象分析方法等，题目难度中等，明确反应后溶质组成为解答关键，注意掌握电荷守恒、物料守恒及盐的水解原理在判断离子浓度大小中的应用方法。本题的难点是(2)，表示平衡常数Kp时用气体组分(B)的平衡压强p(B)代替该气体物质的量的浓度c(B)，可根据平衡常数的表达式书写，平衡常数等于气体生成物浓度幂之积除以气体反应物浓度幂之积。