Question

【題目】SO2經一系列反應可以得到硫酸和芒硝(Na2SO4·10H2O)，其轉化關系如圖：

(1)SO2可用于H2SO4。已知25℃、101kPa 時：

2SO2(g)＋O2(g)＋2H2O(l) = 2H2SO4(l) ΔH1＝－456kJ/mol

SO3(g)＋H2O(l)=H2SO4(l) ΔH2＝－130kJ/mol

則I中SO2(g)→SO3(g)的熱化學方程式是_____。

(2)若Ⅲ中將SO2通入NaHCO3溶液中，反應的離子反應方程式是_____。已知：25℃時，H2CO3電離平衡常數：K1＝4.3×10-7K2＝5.6×10-11；H2SO3電離平衡常數：K1＝1.5×10-2K2＝6.0×10-8

(3)若Ⅲ中將SO2通入NaOH 溶液中，得到NaHSO3溶液，用化學用語表示NaHSO3在水溶液中存在的可逆過程_____。25℃時，SO2與NaOH溶液反應后的溶液中，含硫各微粒(H2SO3、和)的物質的量分數 X(i)與溶液 pH 的關系如圖所示，下列說法不正確的是_____(填字母)。

A.為獲得更多的NaHSO3，應將溶液的 pH 控制在 4～5

B.pH＝3 時，溶液中 c()＞c(H2SO3)＞ c()

C.由 M 點坐標，可以計算H2SO3H+＋的電離常數

D.pH＝9 時，溶液中存在c(H+)＝c()＋2c()＋c(OH-)

(4)通過電解法可分離NaHSO3與Na2SO3混合物，如圖所示，結合化學用語解釋 c 室只排出Na2SO3的原因_____。

(5)步驟 IV 中可以將NaHSO3轉化為Na2SO4的試劑是_____，_____(任意寫兩種)。

Answer 1

【答案】2SO2(g)＋O2(g)=2SO3(g) ΔH=－196kJ/mol SO2＋=+CO2 +H2OH2SO3+ OH-，+ H+ D 2H++e－=H2，H+濃度降低，使+ H+平衡正向移動，Na+通過離子交換膜進入c室，最終生成Na2SO3 H2O2 Cl2

【解析】

根據題給的熱化學方程式由蓋斯定律求出；根據題給的電離常數判斷酸性強弱，寫出正確的離子方程式；根據NaHSO3，判斷溶液中存在電離和水解平衡；由題中所給的圖示信息，判斷溶液中離子濃度相對大小及相關計算；根據題中圖示信息，寫出陽極、陰極電極反應，由陽離子交換分離NaHSO3與Na2SO3混合物；根據氧化還原反應，由化合價判斷需加入氧化劑。

（1）①2SO2(g)＋O2(g)＋2H2O(l) = 2H2SO4(l) ΔH1＝－456kJ/mol，②SO3(g)＋H2O(l)=H2SO4(l) ΔH2＝－130kJ/mol，由蓋斯定律計算①-②×2得2SO2(g)＋O2(g)=2SO3(g) ΔH=ΔH1－ΔH2×2=(－456kJ/mol)－(－130kJ/mol)×2=－196 kJ/mol；答案為2SO2(g)＋O2(g)=2SO3(g)　 ΔH=－196 kJ/mol。

（2）由H2CO3電離平衡常數：K1＝4.3×10-7K2＝5.6×10-11；H2SO3電離平衡常數：K1＝1.5×10-2K2＝6.0×10-8可知，亞硫酸的酸性比碳酸強，但亞硫酸氫根的酸性比碳酸的弱，因而根據強酸制弱酸的原理，SO2通入NaHCO3溶液中發生反應，生成亞硫酸氫根和二氧化碳，其離子反應方程式為SO2＋=+CO2；答案為SO2＋=+CO2。

（3）NaHSO3溶液中，HSO3-在溶液中存在電離平衡：HSO3-SO32-+span>H+，HSO3-在溶液中還存在水解平衡：HSO3-+H2OH2SO3+OH-；答案為HSO3-SO32-+H+，HSO3-+H2OH2SO3+OH-。

A．圖象可知，為獲得盡可能純的NaHSO3，可將溶液的pH控制在45左右，故A正確；

B．由圖象可知，pH=3時，溶液中c()＞c(H2SO3)，SO32-幾乎沒有，濃度順序為c()＞c(H2SO3)＞c()，故B正確；

C．根據M(1.9，0.5)坐標可知，pH=1.9，X(i)=0.5，即c(H2SO3)= c()，則由H2SO3H+＋反應，其電離常數K1==10-1.9，故C正確；

D．pH=9時，溶液中存在Na+、H+、HSO3-、SO32-、OH-，由電荷守恒得出c(Na+)+c(H+)＝c()＋2c()＋c(OH-)，故D錯誤；

答案為D。

（4）通過電解法可分離NaHSO3與Na2SO3混合物，陽極4OH--4e-=O2↑+2H2O，c(OH-)降低，促進水電離，c(H+)增大，多余的H+由a室經陽離子交換膜進入b室，H+與SO32-結合生成HSO3-，Na2SO3轉化為NaHSO3，陰極2H++2e-=H2↑，導致HSO3-H++SO32-正向移動，生成更多SO32-，Na+從b室進入c室，NaHSO3轉化為Na2SO3，實現Na2SO3的循環利用，最終b中Na2SO3轉化為NaHSO3，c中NaHSO3轉化為Na2SO3，實現分離；答案為：陰極2H++2e-=H2↑，導致平衡HSO3-H++SO32-向右移動，生成更多SO32-，Na+從b室進入c室，c中NaHSO3轉化為Na2SO3，實現分離。

(5) 步驟 IV 中將NaHSO3轉化為Na2SO4，硫元素的化合價由+4價升高到+6價，失電子，作還原劑，因而要實現上述轉化，需加入氧化劑，H2O2、Cl2等常作氧化劑，加入它們，即可實現由NaHSO3轉化為Na2SO4；答案為H2O2、Cl2。