硫酸被称为“工业之母”，足见其在工业生产中的重要地位．利用催化氧化反应将SO2转化为SO3是工业生产硫酸的关键步骤．一定温度下，向一个带活塞的体积为2L的密闭容器中充入2.0molSO2（g

Question

硫酸被称为“工业之母”，足见其在工业生产中的重要地位．利用催化氧化反应将SO₂转化为SO₃是工业生产硫酸的关键步骤．一定温度下，向一个带活塞的体积为2L的密闭容器中充入2.0mol SO₂（g）和1.0mol O₂（g），发生反应：SO₂（g）+(1)/(2)O₂（g）⇌SO₃（g）△H=-98kJ•mol^-1，反应达到平衡时体积为1.6L．
（1）反应达到平衡时SO₂（g）的平衡转化率为______，该反应的平衡常数K=______．
（2）已知Mn²⁺溶液显无色．若将足量SO₂通入酸化的KMnO₄溶液中，充分振荡后溶液颜色褪去，由此说明SO₂具有______（选填“漂白性”、“还原性”或“氧化性”），发生反应的离子方程式为______．
（3）天然海水中主要含有Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Cl^-、HCO₃^-等离子，其pH约为8，原因是______（用离子方程式表示）．
（4）若以如图所示装置，用电化学原理生产硫酸，该装置中通入SO₂的一极的电极反应式为______．反应过程中溶液里通过隔膜的SO₄^2-的移动方向是______（填“由左到右”或“由右到左”）．
若有96g SO₂（g）被完全氧化，利用所产生的电能电解足量的CuSO₄溶液（假设能量总利用率为80%），则理论上将产生标准状况下O₂的体积是______L．

Answer 1

（1）恒温恒压条件下，气体的体积之比就等于物质的量之比，反应反应后混合气体的物质的量为：（2mol+1mol）(1.6L)/(2L)=2.4mol，达到平衡时混合气体减小了0.6mol，设反应消耗了二氧化硫xmol、氧气ymol，生成了zmol三氧化硫，
  SO₂（g）+(1)/(2)O₂⇌SO₃（g）△n
   1       0.5     1       0.5
   x        y      z       0.6mol
根据以上关系可得：x=1.2mol，y=0.6mol，z=1.2mol，
SO₂（g）的平衡转化率为：(1.2)/(2)×100%=60%；
则平衡时：c（SO₂）=(2.0mol−1.2mol)/(2L)=0.4mol/L，c（O₂）=(1.0mol−0.6mol)/(2L)=0.2mol/L，c（SO₃）=(1.2mol)/(2L)=0.6mol/L，
所以k=(c(SO3))/(c(SO2)•c(1)/(2)(O2))=(0.6)/(0.4×(0.2)(1)/(2))=(0.6)/(0.4×0.4472)≈3.35，
故答案为：60%；3；
（2）高锰酸钾溶液褪色，说明高锰酸钾被还原，二氧化硫具有还原性；反应的离子方程式为：5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O=2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺，
故答案为：还原性；5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O=2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺；
（3）碳酸根离子在溶液中发生了水解，反应的离子方程式为：HCO₃^-+H₂O⇌H₂CO₃+OH^-，导致溶液中氢氧根离子浓度大于氢离子浓度，溶液显示碱性，
故答案为：HCO₃^-+H₂O⇌H₂CO₃+OH^-；
（4）原电池负极发生氧化反应，SO₂被氧化生成SO₄^2-，负极电极反应式为：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；二氧化硫发生了氧化反应，所以二氧化硫的电极为负极，氧气的电极为正极，电流方向为正极流向负极，即：外电路中由右向左、溶液中由左向右，所以溶液中SO₄^2-的移动方向与电流方向相反：由右到左；
96g SO₂（g）的物质的量为1.5mol，失去电子的物质的量为3mol，能量总利用率为80%，电解转移的电子的物质的量为：3mol×80%=2.4mol；
1mol氧气反应得到4mol电子，若转移2.4mol电子，生成氧气的物质的量为：(2.4mol)/(4)=0.6mol，
标况下生成氧气的体积为：22.4L/mol×0.6mol=13.44 L，
故答案为：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；由右到左；13.44．