Question

硫酸厂尾气中含有大量SO₂，回收并综合利用SO₂对环境保护有重要意义。

(1)利用氨水吸收烟气中的SO₂可转化为(NH₄)₂SO₄。相关反应的主要热化学方程式如下：

SO₂(g)+NH₃•H₂O(aq)=NH₄HSO₃(aq)                   ΔH₁=akJ•mol^-1

NH₃•H₂O(aq)+NH₄HSO₃(aq)=(NH₄)₂SO₃(aq)+H₂O(l)        ΔH₂=bkJ•mol^-1

2(NH₄)₂SO₃(aq)+O₂(g)=2(NH₄)₂SO₄(aq)                ΔH₃=ckJ•mol^-1

①反应2SO₂(g)+4NH₃•H₂O(aq)+O₂(g)=2(NH₄)₂SO₄(aq)+2H₂O(l)的ΔH=________kJ•mol^-1

②空气氧化NH₄HSO₃的速率随温度的变化如图1所示，当温度超过60℃时，(NH₄)₂SO₃氧化速率下降的原因可能是________。研究发现，在500℃下硫酸铵分解过程中得到4种产物，其含氮物质随时间变化关系如图2所示。写出该条件下硫酸铵分解的化学方程式：____________。

(2)工业上利用SO₂尾气可制备亚硫酰氯(SOCl₂)。SOCl₂是一种发烟液体，易水解，可用于农药、医药、染料、电池等生产，其制备原理为：S(s)+2Cl₂(g)+SO₂(g)⇌2SOCl₂(g)。

①该反应的平衡常数表达式为____。

②用SOCl₂与A1Cl₃•6H₂O混合共热，可得到无水A1Cl₃，原因是________。

(3)用电解法处理含有SO₂尾气的装置如图所示(电极材料均为惰性电极)。该装置中的离子交换膜为___离子交换膜(填“阴”或“阳”)；阴极的电极反应式为__。

Answer

2a+2b+c 温度过高(NH4)2SO3会分解(或水解），浓度减小(或温度升高O2在溶液中溶解度降低） 3(NH4)2SO4N2↑+4NH3↑+3SO2↑+6H2O↑ K= SOCl2水解产生HCl，抑制Al3+的水解 阳 2+2e-+2H+=+2H2O

【解析】

(1)①由盖斯定律计算可得；

②亚硫酸铵是不稳定的弱酸弱碱盐，升高温度，亚硫酸铵受热分解，在溶液中水解程度增大，气体的溶解度随温度升高而减小；由图可知，亚硫酸铵受热分解有氨气和氮气生成，氮元素化合价部分升高，由氧化还原反应规律可知，硫元素化合价降低，反应中一定有二氧化硫生成；

(2)①反应的平衡常数等于各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积与各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积的比值；

②A1Cl3是强酸弱碱盐，A1Cl3•6H2O受热时，Al3+易水解，而SOCl2与水反应生成氯化氢和二氧化硫，反应生成的HCl能抑制Al3+的水解；

(3)由图可知，与直流电源a极相连的电极上SO2失去电子发生氧化反应生成硫酸，该电极为阳极，电极反应式为SO2-2e-+H2O=4H++SO42-，与直流电源b极相连的电极上HSO3-得到电子发生还原反应生成S2O42-，该电极为阴极。

(1)①将已知反应依次编号为①②③，由盖斯定律可知①×2+②×2+③可得反应2SO2(g)+4NH3•H2O(aq)+O2(g)=2(NH4)2SO4(aq)+2H2O(l)，则ΔH=2ΔH1+2ΔH2+ΔH3=(2a+2b+c)kJ/mol，故答案为：2a+2b+c；

②亚硫酸铵是不稳定的弱酸弱碱盐，升高温度，亚硫酸铵可能受热分解，或在溶液中水解程度增大，导致亚硫酸铵浓度减小，反应速率减小；气体的溶解度随温度升高而减小，升高温度，溶液中氧气的浓度减小，反应速率减小；由图可知，亚硫酸铵受热分解有氨气和氮气生成，氮元素化合价部分升高，由氧化还原反应规律可知，硫元素化合价降低，反应中一定有二氧化硫生成，则反应的化学方程式为3(NH4)2SO4N2↑+4NH3↑+3SO2↑+6H2O↑，故答案为：温度过高(NH4)2SO3会分解(或水解），浓度减小(或温度升高O2在溶液中溶解度降低）；3(NH4)2SO4N2↑+4NH3↑+3SO2↑+6H2O↑；

(2)①反应的平衡常数等于各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积与各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积的比值，由化学方程式可知，硫为固态，浓度为常数，则反应的平衡常数表达式为K=，故答案为：K=；

②A1Cl3是强酸弱碱盐，A1Cl3•6H2O受热时，Al3+易水解，而SOCl2与水反应生成氯化氢和二氧化硫，反应的化学方程式为SOCl2+H2O= SO2↑+2HCl↑，用SOCl2与A1Cl3•6H2O混合共热，SOCl2与水反应生成的HCl能抑制Al3+的水解，可得到无水A1Cl3，故答案为：SOCl2水解产生HCl，抑制Al3+的水解；

(3)由图可知，与直流电源a极相连的电极上SO2失去电子发生氧化反应生成硫酸，该电极为阳极，电极反应式为SO2-2e-+H2O=4H++SO42-，与直流电源b极相连的电极上HSO3-得到电子发生还原反应生成S2O42-，该电极为阴极，电极反应式为2HSO3-+2e-+2H+=S2O42-+2H2O，由溶液电荷守恒可知，溶液中氢离子从左通过离子交换膜向右移动，则离子交换膜为阳离子交换膜，故答案为：阳；2HSO3-+2e-+2H+=S2O42-+2H2O。