Question

10．已知硫-氨熱化學(xué)循環(huán)分解水的示意圖如圖1：

（1）從反應(yīng)物和生成物的角度來看反應(yīng)I屬于ab（填序號）．
a．離子反應(yīng)    b．化合反應(yīng)     c．中和反應(yīng)      d．氧化還原反應(yīng)
（2）反應(yīng)II是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，再進(jìn)行電解，電解池陽極的反應(yīng)式是SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺．
（3）反應(yīng)IV是由（a）、（b）兩步反應(yīng)組成：
H₂SO₄（l）═SO₃（g）+H₂O（g）△H=+177kJ•mol^-1    （a）
2SO₃（g）?2SO₂（g）+O₂（g）△H=+196kJ•mol^-1    （b）
H₂O（l）═H₂O（g）△H=+44kJ•mol^-1     （c）
H₂SO₄（l）分解為SO₂（g）、O₂（g）及H₂O（l）的熱化學(xué)方程式為：2H₂SO₄（l）?2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（l）△H=+462kJ•mol^-1．
提高H₂SO₄（l）的分解率的方法是（寫兩種）升高溫度和及時(shí)分離SO₂或O₂．
（4）恒溫恒容的密閉容器中進(jìn)行不同溫度下的SO₃分解實(shí)驗(yàn)[原理按反應(yīng)（b）]．SO₃起始物質(zhì)的量均為dmol，圖2中L曲線為SO₃的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系，M曲線表示不同溫度下反應(yīng)經(jīng)過相同反應(yīng)時(shí)間且未達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)SO₃的轉(zhuǎn)化率．
①Y點(diǎn)對應(yīng)溫度下的反應(yīng)速率：v_（正）＞v_（逆）（選填：＞，＜，=）；隨溫度的升高，M曲線逼近L曲線的原因是：溫度升高，反應(yīng)速率加快，達(dá)到平衡所需的時(shí)間縮短（或溫度升高，反應(yīng)速率加快，相同時(shí)間內(nèi)更快達(dá)到平衡）
②若X點(diǎn)時(shí)總壓為0.1MPa，列式計(jì)算SO₃分解反應(yīng)在圖中X點(diǎn)的平衡常數(shù)Kp=0.052MPa（用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，保留2位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)1是二氧化硫和氨氣在水中反應(yīng)生成亞硫酸銨的反應(yīng)；
（2）據(jù)圖分析，反應(yīng)Ⅱ是太陽能轉(zhuǎn)化為電能，電解亞硫酸銨生成硫酸銨和氫氣；
（3）利用已知熱化學(xué)方程式，據(jù)蓋斯定律書寫H₂SO₄（l）分解為SO₂（g）、O₂（g）及H₂O（l）的熱化學(xué)方程式；根據(jù)平衡移動考慮提高H₂SO₄（l）的分解率的方法；
（4）①Y點(diǎn)時(shí)反應(yīng)還沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，正向進(jìn)行；溫度的升高，曲線b向曲線a逼近，反應(yīng)速率加快；
②利用三段式計(jì)算平衡時(shí)各組分物質(zhì)的量，利用壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比計(jì)算平衡時(shí)總壓強(qiáng)，再計(jì)算各組分分壓，根據(jù)Kp=$\frac{{p}^{2}（S{O}_{2}）•p（{O}_{2}）}{{p}^{2}（S{O}_{3}）}$計(jì)算．

解答 解：（1）反應(yīng)1是二氧化硫和氨氣在水中反應(yīng)生成亞硫酸銨的反應(yīng)，反應(yīng)的離子方程式為SO₂+H₂O+2NH₃=2NH₄⁺+SO₃^2-，屬于離子反應(yīng)和化合反應(yīng)，
故答案為：ab；
（2）反應(yīng)Ⅱ是太陽能轉(zhuǎn)化為電能，電解亞硫酸銨生成硫酸銨和氫氣，陽極上是亞硫酸根離子得到電子生成硫酸根離子，電極反應(yīng)為：SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺，
故答案為；SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺；
（3）已知H₂SO₄（l）=SO₃（g）+H₂O（g）△H=+177kJ•mol^-1…（a）
2SO₃（g）?2SO₂（g）+O₂（g）△H=+196kJ•mol^-1…（b）
H₂O（l）═H₂O（g）△H=+44kJ•mol^-1     （c）
據(jù)蓋斯定律，2a+b-2c得：2H₂SO₄（l）?2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（l）△H=+462kJ•mol^-1；
升高溫度和及時(shí)分離SO₂或O₂都是提高H₂SO₄（l）的分解率方法，
故答案為：2H₂SO₄（l）?2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（l）△H=+462kJ•mol^-1；升高溫度和及時(shí)分離SO₂或O₂；
（4）①Y點(diǎn)時(shí)反應(yīng)還沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，正向進(jìn)行，所以正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率，溫度的升高，曲線b向曲線a逼近，反應(yīng)速率加快，達(dá)到平衡時(shí)的時(shí)間縮短，
故答案為：＞；溫度升高，反應(yīng)速率加快，達(dá)到平衡所需的時(shí)間縮短（或溫度升高，反應(yīng)速率加快，相同時(shí)間內(nèi)更快達(dá)到平衡）；
（5）起始時(shí)充入dmol SO₃反應(yīng)體系起始總壓強(qiáng)0.1MPa．反應(yīng)在一定的溫度下達(dá)到平衡時(shí)SO₃的轉(zhuǎn)化率為60%，轉(zhuǎn)化的二氧化硫?yàn)閐mol×0.6=0.6dmol，則：
                     2 SO₃（g）?2SO₂ （g）+O₂ （g）
起始量（mol）：d               0                 0
變化量（mol）：0.6d        0.6d             0.3d
平衡量（mol）：0.4d         0.6d            0.3d
恒溫恒容下，平衡時(shí)總壓強(qiáng)為0.1MPa×$\frac{（0.4d+0.6d+0.3d）mol}{dmol}$=0.13MPa，
故Kp=$\frac{{p}^{2}（S{O}_{2}）•p（{O}_{2}）}{{p}^{2}（S{O}_{3}）}$=$\frac{（0..1MPa×\frac{0.6}{1.3}）^{2}×0.1MPa×\frac{0.3}{1.3}}{（0.1MPa×\frac{0.4}{1.3}）^{2}}$=0.052MPa，
故答案為：0.052MPa．

點(diǎn)評 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算、化學(xué)平衡圖象、化學(xué)反應(yīng)中能量變化、原電池電極反應(yīng)式、元素化合物性質(zhì)等，是對學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)與靈活運(yùn)用能力，難度中等．