Question

SO₂是大气污染物之一，也是重要的化工原料。

(1)某温度下，反应的能量变化如图。根据反应自发性判断，反应在______(填“高温”“低温”或“任何温度”)条件下可能有自发性，逆反应的活化能为______。

(2)将0.1 mol O₂和0.2 mol SO₂通入一容积可变的容器中进行反应：。测得SO₂的平衡转化率随温度、压强的变化如图。

①______(填“＞”“＜”或“=”)。

②若在300℃、压强为时，反应达到平衡，容器容积恰好为10 L，则此状态下反应的平衡常数K=____________。

③反应在时刻达到平衡后，在时刻速率发生如图所示变化，此刻可能改变的反应条件可能是______(填标号)。

A.加压B.向体系中再通入一定量SO₂

C.升高温度D.加催化剂

(3)常温下，向1L的水溶液中缓慢通入SO₂气体(忽略溶液体积的变化)，该溶液的pH与通入SO₂气体的体积(标准状况)的关系如图，则_____；_____；_____。已知：常温下，氢硫酸的、，亚硫酸的、；。

(4)用电解法处理CO₂和SO₂的混合污染气的原理如图所示，电解质为熔融碳酸盐和硫酸盐，通电一段时间后，Ni电极表面形成掺杂硫的碳积层，则与Ni电极相连的是电源的______(填“正极”或“负极”)；阳极的电极反应式为________________________。

Answer

低温 ＜ AB 7 3.8 1.6 负极

【解析】

(1)根据反应的特点以及反应能自发进行的条件进行分析；反应热；

(2)①根据压强对平衡移动的影响分析；

②列出三段式计算平衡常数；

③根据外界因素对反应速率和化学平衡的影响分析；

(3)结合化学反应以及弱酸的电离平衡常数进行计算；

(4)根据电解原理进行分析。

(1)反应为气体物质的量减小的反应，由该反应的能量变化图可知其、，若反应能自发进行，则，故该反应在低温条件下可能有自发性；由图可知该反应的正反应的活化能为E，又，故逆反应的活化能；

(2)①该反应的正反应为气体物质的量减小的反应，当温度一定时，加压平衡正向移动，SO2的平衡转化率增大，故＜；

②温度为300℃、压强为时，反应达到平衡，SO2的平衡转化率为60%，容器容积恰好为10 L，可列出三段式(单位为mol)：

，

此时c(SO2)=0.008mol/L，c(O2)=0.004mol/L，c(SO3)=0.012mol/L，则此状态下反应的平衡常数；

③A. 加压瞬间，正、逆反应速率均增大，又平衡正向移动，则正反应速率大于逆反应速率，随反应进行，正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大，故A符合；

B. 向体系中再通入一定量SO2，正反应速率瞬间增大，逆反应速率不变，随反应进行，正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大，故B符合；

C. 升高温度瞬间，正、逆反应速率均增大，又平衡逆向移动，则逆反应速率大于正反应速率，随反应进行，正反应速率逐渐增大，逆反应速率逐渐减小，故C不符合；

D. 加催化剂正、逆反应速率同等程度增大，平衡不移动，随反应进行，速率不再变化，故D不符合；

答案选AB。

(3)常温下，向1L 的水溶液中缓慢通入SO2气体(忽略溶液体积的变化)，会发生反应，则溶液的酸性先逐渐减弱，pH逐渐增大，当二者恰好反应后，溶液变为亚硫酸溶液，酸性逐渐增强，pH又逐渐减小，当SO2通入2240mL时，二者恰好反应生成硫单质沉淀，此时溶液pH=7，即a=7，消耗的n(SO2)=0.1mol，则n(H2S)=0.2mol；未通入SO2时，溶液中主要为氢硫酸的第一步电离，，，故，则，故b=3.8；再继续通入SO21120mL（3360mL-2240mL=1120mL），即0.05mol时，SO2与水反应生成亚硫酸，溶液中亚硫酸的浓度为0.05mol/L，亚硫酸的电离与氢硫酸的电离类似，则同理可知：，，则，故c=1.6；

(4)由图示可知，在SnO2电极上，O2-失电子生成氧气，则该电极为阳极，故阳极的电极反应式为，另一极Ni电极为阴极，电解池中阴极应与外接电源的负极相连。