問題詳情:
直接排放含SO2的煙氣會危害環境。利用工業廢鹼渣(主要成分Na2CO3)可吸收煙氣中的SO2並製備無水Na2SO3,其流程如圖1。
已知:H2SO3、HSO3-、SO32-在水溶液中的物質的量分數隨pH的分佈如圖2, Na2SO3·7H2O和Na2SO3的溶解度曲線如圖3。
(1)Na2CO3溶液顯鹼*,用離子方程式解釋其原因:______________。
(2)吸收煙氣
①為提高NaHSO3的產率,應控制吸收塔中的pH為______________。
②NaHSO3溶液中c(SO32-)>c(H2SO3),結合方程式解釋其原因:____________。
③已知下列反應:
SO2(g)+2OH-(aq)=SO32-(aq)+H2O(l)
CO2(g)+2OH-(aq)=CO32-(aq)+H2O(l)
2HSO3-(aq)=SO32-(aq)+SO2(g)+H2O(l)
吸收塔中Na2CO3溶液吸收SO2生成HSO3-的熱化學方程式是______________。
④吸收塔中的温度不宣過高,可能的原因是______________(寫出1種即可)。
(3)製備無水Na2SO3:將中和塔中得到的Na2SO3溶液______________(填*作),過濾出的固體用無水乙醇洗滌、乾燥,得無水Na2SO3固體。
【回答】
【*】 (1). CO32-+H2OOH-+HCO3- (2). 4~5 (3). 溶液中,HSO3-存在:HSO3-H++SO32-和HSO3-+H2CH2SO3+OH-,HSO3-的電離程度強於水解程度 (4). 2SO2(g)+CO32-(aq)+H2O(1)=2HSO3-(aq)+CO2(g) (5). 防止SO2的溶解度下降;防止HSO3-受熱分解;防止HSO3-的氧化速率加快等 (6). 隔絕空氣,加熱濃縮至有大量固體析出,高於34℃過濾
【解析】
【分析】
(1)Na2CO3為強鹼弱*鹽,水解呈鹼*;
(2)①由圖象可知pH在4~5時NaHSO3的物質的量分數最高;
②NaHSO3溶液中c(SO32-)>c(H2SO3),説明HSO3-電離程度大於水解程度;
③已知:①SO2(g)+2OH- (aq)═SO32- (aq)+H2O(l)△H1=-164.3kJ•mol-1,②CO2(g)+2OH- (aq)═CO32- (aq)+H2O(l)△H2=-109.4kJ•mol-1,③2HSO3- (aq)═SO32- (aq)+SO2(g)+H2O(l)△H3=+34.0kJ•mol-1,利用蓋斯定律將①-②-③可得Na2CO3溶液吸收SO2生成HSO3-的熱化學方程式;
④HSO3-不穩定,易分解,如温度過高,可導致氣體的溶解度下降,且HSO3-易被氧化;
(3)得無水Na2SO3固體,温度應高於34℃,且防止被氧化。
【詳解】(1)Na2CO3為強鹼弱*鹽,水解呈鹼*,離子方程式為CO32-+H2OOH-+HCO3-;
(2)①由圖象可知pH在4~5時NaHSO3的物質的量分數最高;
②NaHSO3溶液中存在HSO3-H++SO32-和HSO3-+H2OH2SO3+OH-,c(SO32-)>c(H2SO3),説明HSO3-電離程度大於水解程度;
③已知:①SO2(g)+2OH- (aq)═SO32- (aq)+H2O(l)△H1=-164.3kJ•mol-1,②CO2(g)+2OH- (aq)═CO32- (aq)+H2O(l)△H2=-109.4kJ•mol-1,③2HSO3- (aq)═SO32- (aq)+SO2(g)+H2O(l)△H3=+34.0kJ•mol-1,利用蓋斯定律將①-②-③可得Na2CO3溶液吸收SO2生成HSO3-的熱化學方程式為2SO2(g)+CO32-(aq)+H2O(l)═2HSO3-(aq)+CO2 (g)△H=-88.9 kJ•mol-1;
④HSO3-不穩定,易分解,如温度過高,可導致氣體的溶解度下降,且HSO3-易被氧化,則吸收塔的温度不易過高;
(3)得無水Na2SO3固體,温度應高於34℃,且防止被氧化,可隔絕空氣,加熱濃縮至有大量固體析出。
【點睛】應用蓋斯定律進行簡單計算的基本方法是參照新的熱化學方程式(目標熱化學方程式),結合原熱化學方程式(一般2~3個)進行合理“變形”,如熱化學方程式顛倒、乘除以某一個數,然後將它們相加、減,得到目標熱化學方程式,求出目標熱化學方程式的ΔH與原熱化學方程式之間ΔH的換算關係。
知識點:非金屬元素的單質及其化合物
題型:實驗,探究題