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高中 | 盐类水解常数题目答案及解析如下,仅供参考!
选修四
第三章 水溶液中的离子平衡
第三节 盐类的水解
盐类水解常数
硫酸工业在国民经济中占有重要地位。接触法制硫酸的关键反应为$\text{S}{{\text{O}}_{\text{2}}}$的催化氧化:$\text{S}{{\text{O}}_{2}}(\text{g})+\dfrac{1}{2}{{\text{O}}_{2}}(\text{g})\rightleftharpoons \text{S}{{\text{O}}_{3}}(\text{g})\qquad\Delta {H}=-98.9\;\rm \text{kJ}\cdot \text{mo}{{\text{l}}^{-1}}$
其他条件不变时,下列措施有利于提高$\text{S}{{\text{O}}_{2}}$平衡转化率的是$(\quad\ \ \ \ )$(填序号)。
恒容下,按原投料比继续充入$\\text{S}{{\\text{O}}_{2}}$和${{\\text{O}}_{2}}$
","恒压下充入${{\\text{N}}_{2}}$
","降低温度
","选择更高效的催化剂
"]$\rm A$.恒容下,按原投料比继续充入$\text{S}{{\text{O}}_{2}}$和${{\text{O}}_{2}}$,等效于增大压强,平衡正向移动,有利于提高$\text{S}{{\text{O}}_{2}}$平衡转化率,$\rm A$选;
$\rm B$.恒压下充入${{\text{N}}_{2}}$,容器的体积增大,相当于减小压强,平衡逆向移动,不能提高$\text{S}{{\text{O}}_{2}}$平衡转化率,$\rm B$不选;
$\rm C$.该反应是放热反应,降低温度,平衡正向移动,有利于提高$\text{S}{{\text{O}}_{2}}$平衡转化率,$\rm C$选;
$\rm D$.选择更高效的催化剂,不影响平衡状态,不能提高$\text{S}{{\text{O}}_{2}}$平衡转化率,$\rm D$不选;
故选:$\rm AC$。
研究表明,$\rm {S}{{{O}}_{2}}$催化氧化的反应速率方程为:${v}={k}{{\left( \dfrac{\alpha}{{{{ }\alpha{ }'}}}-1 \right)}^{0.8}}(1-{n}{{\alpha{ }}^{'}})$。式
中:$k$为反应速率常数,随温度$t$升高而增大;$\alpha$为$\rm {S}{{{O}}_{2}}$平衡转化率,$\rm {{\alpha} {'}}$为某时刻$\rm {S}{{{O}}_{2}}$转化率,$n$为常数。在不同${{\alpha} {'}}$下将一系列温度下的$k$、$\alpha$值代入上述速率方程,得到${v }\sim{ t}$曲线,如图$\rm 1$所示。下列说法正确的是$(\quad\ \ \ \ )$。
温度越高,反应速率越大
","${{\\alpha} {'}}=0.88$的曲线可以代表平衡转化率所对应的曲线
","${{\\alpha} {'}}$越大,反应速率最大值对应温度越低
","由图可知,工业生产中为了追求生产效率,应尽可能选择低温
"]$\rm A$.根据不同转化率下的反应速率曲线可以看出,随着温度的升高反应速率先加快后减慢,故$\rm A$错误;
$\rm B$.从图中所给出的速率曲线可以看出,相同温度下,转化率越低反应速率越快,但在转化率小于$\rm 88\%$的时的反应速率图像并没有给出,无法判断${{\alpha} {'}}\rm =0.88$的条件下是平衡转化率,故$\rm B$错误;
$\rm C$.从图像可以看出随着转化率的增大,最大反应速率不断减小,最大反应速率出现的温度也逐渐降低,故$\rm C$正确;
$\rm D$.从图像可以看出随着转化率的增大,最大反应速率出现的温度也逐渐降低,这时可以根据不同转化率选择合适的反应温度以减少能源的消耗,但应尽可能选择低温,可能导致反应速率过慢,导致$\rm SO_{3}$产率降低,故$\rm D$错误;
根据图$\rm 1$,在图$\rm 2$中画出不同转化率与最适宜温度的大致曲线 。(曲线上$v$最大值所对应温度称为该${{ \alpha} {'}}$下反应的最适宜温度)
对于放热的可逆反应$\text{S}{{\text{O}}_{2}}(\text{g})+\dfrac{1}{2}{{\text{O}}_{2}}(\text{g})\rightleftharpoons \text{S}{{\text{O}}_{3}}(\text{g})$,该反应的最适宜温度为催化剂的催化活性最好时所对应的温度,在该温度下化学反应速率最大,$\rm SO_{2}$的转化率也最大;当温度高于最适宜温度后,催化剂的催化活性逐渐减小,催化剂对化学反应速率的影响超过了温度升高对化学反应速率的影响,因此化学反应速率逐渐减小,$\rm SO_{2}$的转化率也逐渐减小,因此,反应$\text{S}{{\text{O}}_{2}}(\text{g})+\dfrac{1}{2}{{\text{O}}_{2}}(\text{g})\rightleftharpoons \text{S}{{\text{O}}_{3}}(\text{g})$的转化率与最适宜温度的关系曲线示意图可表示为。
尾气吸收是硫酸工业必须要考虑的问题,某研究小组用$\text{NaOH}$溶液吸收尾气中的$\text{S}{{\text{O}}_{2}}$生成$\text{N}{{\text{a}}_{2}}\text{S}{{\text{O}}_{3}}$溶液或$\text{NaHS}{{\text{O}}_{3}}$溶液。已知:${{\text{H}}_{2}}\text{S}{{\text{O}}_{3}}$的${{ {K}}_{\text{a}1}}=1.4\times {{10}^{-2}}$,${{ {K}}_{\text{a}2}}=1.0\times {{10}^{-7}}$。
①$0.1\;\rm \text{mol}/\text{L}$的$\text{N}{{\text{a}}_{2}}\text{S}{{\text{O}}_{3}}$溶液的$\text{pH}=$ 。
②保险粉连二亚硫酸钠$\left( \text{N}{{\text{a}}_{2}}{{\text{S}}_{2}}{{\text{O}}_{4}} \right)$是一种重要的还原剂,广泛应用于纺织、印染、食品抗氧化等领域,可以通过电解$\text{NaHS}{{\text{O}}_{3}}$溶液制备,装置如图:
$\rm a$.写出阴极的电极反应式 。
$\rm b$.已知${{\text{S}}_{2}}\text{O}_{4}^{2-}$的结构为,请从共价键角度解释${{\text{S}}_{2}}\text{O}_{4}^{2-}$具有强还原性的原因 。
$\\rm 10$;$\\rm 2\\text{HSO}_{\\text{3}}^{-}\\rm +2e^{-}+2H^{+}={{\\text{S}}_{2}}\\text{O}_{4}^{2-}\\rm +2H_{2}O$;$\\rm S$原子半径较大,$\\rm S-S$键长较长,键能较小易断裂;氧原子电负性较大,$\\rm S$原子带正电,$\\rm S$原子间排斥作用较大,$\\rm S-S$键易断裂
"]]①室温时,$0.1\;\rm \text{mol}/\text{L}$的$\text{N}{{\text{a}}_{2}}\text{S}{{\text{O}}_{3}}$溶液中$\text{N}{{\text{a}}_{2}}\text{S}{{\text{O}}_{3}}$的水解常数${{{K}}_{\text{h}}}=\dfrac{c\text{(HSO}_{\text{3}}^{-} {)c\rm(O}{{\text{H}}^{-}}\text{)}}{c\text{(SO}_{\text{3}}^{\text{2-}}\text{)}}=\dfrac{{{{K}}_{\text{w}}}}{{{{K}}_{\text{a2}}}}=\dfrac{1.0\times {{10}^{-14}}}{\text{1}\text{.0}\times {{10}^{-\text{7}}}}=1.\text{0}\times {{10}^{-\text{7}}}$, $c\text{(O}{{\text{H}}^{-}}\text{)}\approx c\text{(HSO}_{\text{3}}^{-}\text{)}\approx \sqrt{{{{K}}_{\text{h}}}c\text{(SO}_{\text{3}}^{\text{2-}}\text{)}}=\sqrt{\text{1}\text{.0}\times \text{1}{{\text{0}}^{\text{-7}}}\times \text{0}\text{.1}}\text{ mol}\cdot {{\text{L}}^{\text{-1}}}=1\times {{10}^{-4}}\;\rm \text{mol}\cdot {{\text{L}}^{\text{-1}}}$,$c\text{(}{{\text{H}}^{+}}\text{)=}\dfrac{{{{K}}_{\text{w}}}}{c\text{(O}{{\text{H}}^{-}}\text{)}}\approx \dfrac{1.0\times {{10}^{-1\text{4}}}}{1.\text{0}\times {{10}^{-\text{4}}}}\text{ mol}\cdot {{\text{L}}^{-1}}=1.0\times {{10}^{-1\text{0}}}\text{ mol}\cdot {{\text{L}}^{-1}}$,$\rm pH=10$;
②$\rm a$.由图可知,阴极的电极反应式为$\rm \text{HSO}_{\text{3}}^{-}$在阴极得到电子生成$\rm {{\text{S}}_{2}}\text{O}_{4}^{2-}$,根据得失电子守恒和电荷守恒配平电极方程式为:$\rm 2\text{HSO}_{\text{3}}^{-}\rm +2e^{-}+2H^{+}={{\text{S}}_{2}}\text{O}_{4}^{2-}\rm +2H_{2}O$;
$\rm b$.已知$\rm {{\text{S}}_{2}}\text{O}_{4}^{2-}$的结构为,从共价键角度解释$\rm {{\text{S}}_{2}}\text{O}_{4}^{2-}$具有强还原性的原因:$\rm S$原子半径较大,$\rm S-S$键长较长,键能较小易断裂;氧原子电负性较大,$\rm S$原子带正电,$\rm S$原子间排斥作用较大,$\rm S-S$键易断裂。
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