Question

【題目】近年來，研究人員提出利用含硫物質熱化學循環實現太陽能的轉化與存儲。過程如下：

（1）反應Ⅰ：2H2SO4（l）=2SO2（g）+O2（g）+2H2O（g） ΔH=+550 kJ·mol-1

它由兩步反應組成：i. H2SO4（l）=SO3（g）+H2O（g） ΔH=+177 kJ·mol-1 ii. SO3（g）分解。

L（L1、L2）、X可分別代表壓強和溫度。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。

① X代表的物理量是_____________________。

② 判斷L1、L2的大小關系是______________。

（2）反應Ⅱ：I－可以作為催化劑，可能的催化過程如下。

i. SO2+4I－+4H+=S↓+2I2+2H2O； ii. I2+2H2O+ SO2= SO42－+4H++2I－；

探究i、ii反應速率與SO2歧化反應速率的關系，實驗如下：分別將18 mL SO2飽和溶液加入到2 mL下列試劑中，密閉放置觀察現象。（已知：I2易溶解在KI溶液中）

序號	A	B	C	D
試劑組成	0.4 mol/L KI	a mol/LKI 0.2 mol/LH2SO4	0.2 mol/L H2SO4	0.2 mol/L KI 0.0002 mol I2
實驗現象	溶液變黃，一段時間后出現渾濁	溶液變黃，出現渾濁較A快	無明顯現象	溶液由棕褐色很快褪色，變成黃色，出現渾濁較A快

① B是A的對比實驗，則a=__________。

② 比較A、B、C，可得出的結論是_______________________________。

③ 實驗表明，SO2的歧化反應速率D＞A，結合i、ii反應速率解釋原因：___________。

（3）在鈉堿循環法中，Na2SO3溶液作為吸收液吸收SO2的過程中，pH隨n（SO32-）:n（HSO3－）變化關系如下表：

n（SO32－）:n（HSO3－）	91:9	1:1	1:91
pH	8.2	7.2	6.2

當吸收液的pH降至約為6時，需送至電解槽再生。再生示意圖如下：

① 上表判斷NaHSO3溶液顯__________性，用化學平衡原理解釋：_____________。　

② HSO3－在陽極放電的電極反應式是______，當陰極室中溶液pH升至8以上時，吸收液再生并循環利用。簡述再生原理________。

Answer 1

【答案】壓強L2 >L10.4I是SO2歧化反應的催化劑，H+單獨存在時不具有催化作用，但H+可以加快歧化反應速率反應ii比i快；D中由反應ii產生的H+使反應i加快。酸HSO3－存在HSO3－H++SO32－和HSO3－+H2OH2SO3+OH－，HSO3－的電離程度大于水解程度。HSO3－+H2O﹣2e－=SO42－+3H+氫離子在陰極得電子生成氫氣，溶液中氫離子濃度降低，促使HSO3－電離生成SO32－，且鈉離子進入陰極室，吸收液就可以再生。

【解析】

（1）由蓋斯定律得出熱化學反應方程式2SO3(g)=2SO2(g)+O2(g)△H=+196kJ·mol-1；

①該反應正反應為氣體體積增大的反應，壓強增大，平衡逆向移動，SO3的轉化率減小，X代表的物理量為壓強；

②根據①問可知L代表的物理量為溫度，該反應的正反應為吸熱反應，相同壓強時，溫度升高，平衡正向移動，SO3的轉化率增大，故L2＞L1。

（2）①B是A的對比實驗，則其實驗條件僅有是否加入硫酸一個變量，則其中加入KI的濃度應相同，均為0.4mol/L。

②I是SO2歧化反應的催化劑，H+單獨存在時不具有催化作用，但H+可以加快歧化反應速率;C組實驗無現象，說明硫酸不能催化該反應的進行，而A、B兩組實驗僅有是否含有硫酸一個變量，而B中沉淀出現較A快，說明在相同條件下，酸性條件可加快反應i的速率。

（3）①根據表中的數據n（SO32－）:n（HSO3－）=1:91時，溶液的pH為酸性，由此可知，NaHSO3為酸性；HSO3－在溶液中，會發生電離與水解作用HSO3－H++SO32－和HSO3－+H2OH2SO3+OH－，HSO3－的電離程度強于水解程度，故溶液呈酸性；

②根據圖中電解槽所示，HSO3－在陽極放電的電極方程式為：HSO3－+H2O﹣2e－=SO42－+3H+；在陰極室中，H+得電子生成H2，隨著H+濃度的降低，溶液pH逐漸增大，可促使HSO3－電離生成SO32－，且Na+進入陰極室，吸收液得以再生。