Question

【題目】硫-氨熱化學循環制氫示意圖如下：

（1）反應Ⅱ是將太陽能轉化為電能，再轉化為化學能，電解池陽極的電極反應式 _______________;

（2）反應Ⅲ中控制反應條件很重要，不同條件下硫酸銨分解產物不同。連接裝置A-B-C，檢查氣密性，按圖示重新加入試劑。通入N2排盡空氣后，于400℃加熱裝置A 至(NH4)2SO4完全分解無殘留物，停止加熱，冷卻，停止通入N2。觀察到裝置A、B之間的導氣管內有少量白色固體。經檢驗，該白色固體和裝置B內溶液中有SO32-，無SO42-。進一步研究發現，氣體產物中無氮氧化物。

(NH4)2 SO4在400℃分解的化學方程式是:________________________________________;

（3）反應Ⅳ：2H2SO4(l)=2SO2(g)+O2(g)+2H2O (l) △H=+462kJ/mol

它由兩步反應組成：i．H2SO4(l)=SO3(g)+H2O(g) △H=+177kJ/mol

ii．SO3(g)分解。

iii.H2O(l)=H2O(g) △H=+44kJ/mol

①L(L1、L2)，X可分別代表壓強或溫度。下圖表示 L一定時，ii中SO3(g)的平衡轉化率隨X的變化關系。

i．X代表的物理量是：________________,

ii．判斷L1、L2的大小關系，并簡述理由：________________________________________;

②反SO3分解的熱化學方程式為：__________________________________________________;

（4）恒溫密閉容器中，控制不同溫度進行SO3分解實驗。SO3起始濃度均為 cmol·L－1，測定SO3的轉化率，結果如圖，圖中Ⅰ曲線為SO3的平衡轉化率與溫度的關系，Ⅱ曲線表示不同溫度下反應經過相同反應時間且未達到化學平衡時SO3的轉化率。

①圖中點X點平衡常數：K=_____ ；

②Y點對應溫度下的反應速率：v(正)______v(逆)(選填：＞，＜，＝)；隨溫度的升高，Ⅱ曲線逼近Ⅰ曲線的原因是：_____________________________________。

Answer 1

【答案】

（1）SO32--2e-+H2O=SO42-+2H+

（2）3(NH4)2SO4 4NH3↑+ N2↑+3SO2↑+ 6H2O↑

（3）①壓強 L1＜L2 SO3分解吸熱，在壓強相同的情況下，隨溫度的升高，SO3的轉化率增大

②2SO3(g)2SO2(g)+O2(g) △H=+196kJ/mol

（4） ①0.675c ② ＞ 溫度升高，反應速率加快，達到平衡所需要的時間縮短

【解析】

試題分析：（1）電解池的陽極發生氧化反應，電極反應式為SO32--2e-+H2O=SO42-+2H+；

（2）硫酸銨在400℃時分解，產物除水蒸氣外還有A、B、C三種氣體，A是空氣中含量最多的單質，則為氮氣，B能使濕潤的紅色石蕊試紙變藍，為氨氣，C能使品紅溶液褪色，為二氧化硫，反應的化學方程式為3(NH4)2SO44NH3↑+N2↑+3SO2↑+6H2O↑；

（3）①i．由圖可知，X越大，轉化率越低，升高溫度轉化率增大，則X表示壓強，故答案為：壓強；

ii．由2SO3(g)=2SO2(g)+O2(g)△H＞0，溫度高，轉化率大，圖中等壓強時L2對應的轉化率大，則L1＜L2；

②已知反應ii為2SO3(g)=2SO2(g)+O2(g)，根據蓋斯定律反應Ⅳ：2H2SO4(l)=2SO2(g)+O2(g)+2H2O(l) 可以看成i×2+ii-iii×2，則SO3分解反應的△H=(462-177×2+44×2)kJ/mol =+196kJ/mol，故SO3分解的熱化學方程式為2SO3(g)2SO2(g)+O2(g) △H=+196kJ/mol；

（4） ① 2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)

起始濃度(mol·L－1) c 0 0

變化濃度(mol·L－1) 0.6c 0.6c 0.3c

平衡濃度(mol·L－1) 0.4c 0.6c 0.3c

此時平衡常數K=[(0.6c)2×0.3c]÷(0.4c)2=0.675c；

②Y點時反應還沒有達到平衡狀態，正向進行，所以正反應速率大于逆反應速率;溫度的升高，曲線b向曲線a逼近，反應速率加快，達到平衡時的時間縮短。