Question

SO₂违法排放会造成酸雨，可用以下方法处理尾气中的SO₂。

方法一：活性炭还原法

2C(s) +2SO₂(g) ⇌S₂(g)+2CO₂(g) +Q(Q>0)

一定条件下，各物质浓度与时间的关系如图：

（1）写出该反应的平衡常数表达式：___，第一次达到平衡的时间是第___min。

（2）0-20min化学反应速率表示v(SO₂)=___。

（3）若60min时温度升高，CO₂气体的浓度将___(填“变大”、“变小”或“不变”)。

（4）30min时平衡发生移动的条件是___。

方法二：亚硫酸钠吸收法

（5）Na₂SO₃溶液吸收SO₂的离子方程式为：___。

（6）常温下，当Na₂SO₃完全转化为NaHSO₃时，溶液中相关离子浓度关系为：（填“>”、”=”或”<”）

c(Na⁺)+c(H⁺)___c(SO₃^2-)+c(HSO₃^-)+c(OH^-)

c(Na⁺)___c(SO₃^2-)+c(HSO₃^-)+c(H₂SO₃)

（7）NaHSO₃溶液中存在SO₃^2-的原因：___；NaHSO₃溶液中存在H₂SO₃的原因：___；NaHSO₃溶液呈酸性，请根据以上分析解释原因：___。

Answer

K= 20 0.03 mol/(L∙min) 变小 减少CO2的浓度 SO32-+SO2+H2O=2HSO3- ＞ = NaHSO3溶液中存在电离平衡，HSO3-发生电离生成SO32-，电离方程式为：HSO3-⇌H++ SO32- NaHSO3溶液中存在水解平衡，HSO3-发生水解生成H2SO3，水解方程式为：HSO3-+H2O⇌ H2SO3+OH- NaHSO3溶液中HSO3-的电离程度大于水解程度

【解析】

方法一：(1)根据平衡常数的定义书写表达式；当反应达到平衡后反应体系中各物质的量不再随时间变化而变化；

(2)根据v=计算v(SO2)；

(3)判断正反应为放热，根据温度对化学平衡的影响分析；

(4)30min时瞬间，二氧化碳浓度降低，SO2、S2的浓度不变，而后二氧化碳、S2的浓度均增大；

方法二：(5)Na2SO3溶液和SO2反应生成亚硫酸氢钠；

(6)结合反应后溶液中的电荷守恒和物料守恒判断；

(7)NaHSO3溶液中HSO3-既可发生电离，也可以发生水解。

方法一：(1)反应2C(s) +2SO2(g)⇌S2(g)+2CO2(g)的平衡常数表达式K=；由图像可知当反应进行到20min时SO2、CO2、S2的物质的量浓度不再随时间的变化而变化，此时达到平衡状态；

(2)由图像可知，0~20min内二氧化硫的浓度变化量为1mol/L-0.4 mol/L=0.6 mol/L，故v(SO2)==0.03 mol/(L∙min)；

(3)根据反应若2C(s) +2SO2(g) ⇌S2(g)+2CO2(g) +Q(Q＞0)，则该反应为放热反应，60min时温度升高，平衡逆向移动，CO2气体的浓度将变小；

(4)30min时瞬间，二氧化碳浓度降低，SO2、S2的浓度不变，而后二氧化碳、S2的浓度均增大，30min时瞬间应是减少CO2的浓度；

方法二：(5)Na2SO3溶液和SO2反应生成亚硫酸氢钠，离子反应方程式：SO32-+SO2+H2O=2HSO3-；

(6)反应后溶液中存在电荷守恒，即c(Na+)+c(H+)=2c(SO32-)+c(HSO3-)+c(OH-)，则c(Na+)+c(H+)＞c(SO32-)+c(HSO3-)+c(OH-)；溶液中S元素以SO32-、HSO3-、H2SO3形式存在，钠元素与硫元素物质的量之比为1:1，故c(Na+)=c(SO32-)+c(HSO3-)+c(H2SO3)；

(7)NaHSO3溶液中存在电离平衡，HSO3-发生电离生成SO32-，电离方程式为：HSO3-⇌H++ SO32-；NaHSO3溶液中存在水解平衡，HSO3-发生水解生成H2SO3，水解方程式为：HSO3-+H2O⇌ H2SO3+OH-；NaHSO3溶液中由于HSO3-的电离程度大于水解程度，因此溶液呈酸性。