Question

某科研单位利用电化学原理用SO₂来制备硫酸，装置如下图，含有某种催化剂。电极为多孔的材料，能吸附气体，同时也能使气体与电解质溶液充分接触。

（1）通入SO₂的电极为__________极，其电极反应式为_________________，此电极区pH_______(填“增大”“减小”或“不变”）。

（2）若通入SO₂的速率为2.24 L/min（标准状况），为稳定持续生产，硫酸溶液的浓度应维持不变，则左侧水的流入速率是        （结果用 mL/min表示）

（3）以此电源电解足量的硝酸银溶液，若阴极产物的质量为21.6 g，则阳极产生气体标准状况下体积为__________L。

（4）常温时，BaSO₄的Ksp=1.08×10^-10。现将等体积的BaCl₂溶液与3.5×10^-3mol/L的Na₂SO₄溶液混合。若要生成BaSO₄沉淀，BaCl₂溶液的最小浓度为________。

（5）已知：Fe₂O₃(s）＋3C(石墨）==2Fe(s）＋3CO(g）    ΔH =+489.0 kJ·mol^-1

CO(g）＋1/2O₂(g）==CO₂(g）   ΔH=－283.0 kJ·mol^-1

C(石墨）＋O₂(g）==CO₂ (g）  ΔH=－393.5 kJ·mol^-1

则4Fe(s）＋3O₂(g）==2Fe₂O₃(s）的ΔH为___________。

Answer

（1）负，SO2－2e－＋2H2O=SO＋4H＋，减小；

(2）13.4mL/min；（3）1.12；

（4）1.234×10-7mol/L（5）－1641.0kJ·mol-1。

【解析】

试题分析：分析图示知该装置为原电池，电池反应为2SO2+O2+2H2O2H2SO4。

（1）SO2失电子，发生氧化反应，故通入SO2的电极为负极，其电极反应式为SO2－2e－＋2H2O=SO＋4H＋，此电极区pH减小。

（2）若通入SO2的速率为2.24 L/min（标准状况），则每分钟通入二氧化硫的物质的量为0.1mol，根据反应：2SO2+O2+2H2O2H2SO4知每分钟生成硫酸的物质的量为0.1mol，消耗氧气的物质的量为0.05mol，消耗水的物质的量为0.1mol。若硫酸溶液的浓度维持不变，设加入水的质量为x，则有98/(6.4+1.6+x）=50%，解得x=11.6g，而左则加入的水的质量为11.6+1.8=13.4g，则左侧水的流入速率是13.4 mL/min。

（3）以惰性电极电解足量的硝酸银溶液，阴极反应为：Ag＋+e－Ag，阳极反应为4OH－-4e－2H2O+O2↑。生成银的质量为21.6 g，物质的量为0.2mol，转移的电子为0.2mol，根据电子守恒知阳极产生氧气的物质的量为0.05mol，标准状况下体积为1.12L。

（4）将等体积的BaCl2溶液与3.5×10-3mol/L的Na2SO4溶液混合，混合液中硫酸根浓度为1.75×10-3mol/L，又常温时，BaSO4的Ksp=c(Ba2＋）c(SO42—）=1.08×10-10，则混合液中钡离子浓度为（1.08×10-10）÷1.75×10-3=0.617×10-7mol/L，则原BaCl2溶液的最小浓度为1.234×10-7 mol/L 。

（5）已知：①Fe2O3(s）＋3C(石墨）==2Fe(s）＋3CO(g） ΔH=+489.0 kJ·mol-1；

②CO(g）＋1/2O2(g）==CO2(g） ΔH=－283.0 kJ·mol-1；

③C(石墨）＋O2(g）==CO2(g） ΔH=－393.5 kJ·mol-1。

根据盖斯定律：③×6－①×2－②×6得：

4Fe(s）＋3O2(g）=2Fe2O3(s）的ΔH为－1641.0kJ·mol-1。

考点：考查电化学原理的应用