Question

酸雨治理，处理SO₂尾气方法较多：

(1)还原法

反应原理：恒温恒容时2C(s)＋2SO₂(g)⇌S₂(g)＋2CO₂(g)。一定温度下，反应进行到不同时刻测得各物质的浓度部分图像如图：

①0～20 min内反应速率表示为v(SO₂)＝________；

②30 min时，改变某一条件平衡发生移动，则改变的条件最有可能是________；

③该反应的平衡常数K＝________。

(2)循环利用法

相关反应为①Na₂SO₃＋SO₂＋H₂O=2NaHSO₃，②2NaHSO₃Na₂SO₃＋SO₂↑＋H₂O。下列说法正确的是________。

A.反应①进行时，溶液中c(SO₃^2-)/c(HSO)减小，反应②进行时，溶液中c(SO₃^2-)/c(HSO₃^-)增大

B.反应①与反应②K_w均为10^－14

C.循环利用的物质是Na₂SO₃溶液，尾气中的氧气对循环利用的次数有影响

D.反应①进行时，2c(SO₃^2-)＋c(HSO₃^-)＋c(OH^－)之和不变

(3)电解法

①如图所示，Pt(Ⅰ)电极的反应式为________________；

②当电路中转移0.02 mol e^－时(较浓H₂SO₄尚未排出)，交换膜左侧溶液中约增加________ mol离子。

Answer

0.03 mol/(L·min) 减小CO2的浓度 0.675 AC SO2－2e－＋2H2O=SO42-＋4H＋ 0.03

【解析】

（1）①由图可知，0～20min内二氧化硫浓度变化量为0.6mol/L，依据计算反应速率；

②30 min时，二氧化碳的浓度降低，S2的浓度不变，而后二氧化碳和S2的浓度均增大，应该是减小二氧化碳的浓度导致的；

③化学平衡常数为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值，固体和纯液体的浓度视为常数，不代入表达式，20min时，反应达到平衡状态，此时c(SO2)=0.4mol/L，c(CO2)=0.6mol/L，c(S2)=0.3mol/L，据此计算该反应的平衡常数；

（2）A. ，反应①进行时，溶液酸度增大；反应②进行时，溶液酸度减小；

B. Kw只与温度有关，升温Kw增大；

C. 循环利用的物质是Na2SO3溶液，Na2SO3、NaHSO3容易被尾气中的氧气氧化；

D. 根据电荷守恒2c(SO32-)＋c(HSO3-)＋c(OH－)＝c(Na＋)＋c(H＋)，以及溶液中c(H＋)的变化分析；

（3）①根据电极上物质化合价的变化判断Pt(Ⅰ)为阳极，二氧化硫被氧化成硫酸，电极反应为SO2－2e－＋2H2O=SO42-＋4H＋。

②依据电极反应式：阳极：SO2－2e－＋2H2O=SO42-＋4H＋，阴极：2HSO3- +2e- +2H+=S2O42-+2H2O，以及离子的移动判断交换膜左侧溶液中约增加离子的物质的量。

（1）①由图可知，0～20min内二氧化硫浓度变化量为0.6mol/L，故；

故答案为：0.03 mol/(L·min)；

②30 min时，二氧化碳的浓度降低，S2的浓度不变，而后二氧化碳和S2的浓度均增大，应该是减小二氧化碳的浓度导致的；

故答案为：减小CO2的浓度；

③20min，反应达到平衡状态，此时c(SO2)=0.4mol/L，c(CO2)=0.6mol/L，c(S2)=0.3mol/L，则该反应的平衡常数；

故答案为：0.675；

（2）A. ，反应①进行时，溶液酸度增大，溶液中减小，反之，反应②进行时，溶液酸度减小，溶液中增大，A项正确；

B. 反应②需加热，故Kw大于10－14，B项错误；

C. 循环利用的物质是Na2SO3溶液，尾气中的氧气可氧化Na2SO3、NaHSO3，从而影响其再生能力，减少其循环利用的次数，C项正确；

D. 反应①进行时，2c(SO32-)＋c(HSO3-)＋c(OH－)＝c(Na＋)＋c(H＋)，c(Na＋)不变，但c(H＋)增大，故2c(SO32-)＋c(HSO3-)＋c(OH－)之和增大，D项错误；

故答案为：AC；

（3）①由图可知，Pt(Ⅰ)电极上二氧化硫被氧化成硫酸，则该电极为阳极，电极反应为SO2－2e－＋2H2O=SO42-＋4H＋；

故答案为：SO2－2e－＋2H2O=SO42-＋4H＋；

②依据电极反应式：阳极：SO2－2e－＋2H2O=SO42-＋4H＋，阴极：2HSO3- +2e- +2H+=S2O42-+2H2O，电路中转移0.02 mol e－时，左侧生成SO42-的物质的量为0.01 mol，生成氢离子物质的量为0.04 mol，为保持溶液电中性，0.01 mol的硫酸根离子需要0.02 mol的氢离子，多余的氢离子通过阳离子交换膜移动到右侧，即有0.02 mol氢离子移动到右侧，右侧溶液也保持电中性，故左侧溶液中增加的离子为0.01 mol＋0.02 mol＝0.03 mol；

故答案为：0.03。