Question

【題目】某科研單位利用電化學原理用SO2來制備硫酸，裝置如下圖，含有某種催化劑。電極為多孔的材料，能吸附氣體，同時也能使氣體與電解質溶液充分接觸。

（1）通入SO2的電極為__________極，其電極反應式為_________________，此電極區pH_______(填“增大”“減小”或“不變”）。

（2）若通入SO2的速率為2.24 L/min（標準狀況），為穩定持續生產，硫酸溶液的濃度應維持不變，則左側水的流入速率是 （結果用 mL/min表示）

（3）以此電源電解足量的硝酸銀溶液，若陰極產物的質量為21.6 g，則陽極產生氣體標準狀況下體積為__________L。

（4）常溫時，BaSO4的Ksp=1.08×10-10。現將等體積的BaCl2溶液與3.5×10-3mol/L的Na2SO4溶液混合。若要生成BaSO4沉淀，BaCl2溶液的最小濃度為________。

（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

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

Answer 1

【答案】（1）負，SO2－2e－＋2H2O=SO＋4H＋，減小；

(2）13.4mL/min；（3）1.12；

（4）1.234×10-7mol/L（5）－1641.0kJ·mol-1。

【解析】

試題分析：分析圖示知該裝置為原電池，電池反應為2SO2+O2+2H2O2H2SO4。

（1）SO2失電子，發生氧化反應，故通入SO2的電極為負極，其電極反應式為SO2－2e－＋2H2O=SO＋4H＋，此電極區pH減小。

（2）若通入SO2的速率為2.24 L/min（標準狀況），則每分鐘通入二氧化硫的物質的量為0.1mol，根據反應：2SO2+O2+2H2O2H2SO4知每分鐘生成硫酸的物質的量為0.1mol，消耗氧氣的物質的量為0.05mol，消耗水的物質的量為0.1mol。若硫酸溶液的濃度維持不變，設加入水的質量為x，則有98/(6.4+1.6+x）=50%，解得x=11.6g，而左則加入的水的質量為11.6+1.8=13.4g，則左側水的流入速率是13.4 mL/min。

（3）以惰性電極電解足量的硝酸銀溶液，陰極反應為：Ag＋+e－Ag，陽極反應為4OH－-4e－2H2O+O2↑。生成銀的質量為21.6 g，物質的量為0.2mol，轉移的電子為0.2mol，根據電子守恒知陽極產生氧氣的物質的量為0.05mol，標準狀況下體積為1.12L。

（4）將等體積的BaCl2溶液與3.5×10-3mol/L的Na2SO4溶液混合，混合液中硫酸根濃度為1.75×10-3mol/L，又常溫時，BaSO4的Ksp=c(Ba2＋）c(SO42—）=1.08×10-10，則混合液中鋇離子濃度為（1.08×10-10）÷1.75×10-3=0.617×10-7mol/L，則原BaCl2溶液的最小濃度為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。

根據蓋斯定律：③×6－①×2－②×6得：

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