Question

利用催化氧化反應(yīng)將SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃是工業(yè)上生產(chǎn)硫酸的關(guān)鍵步驟．T℃時(shí)反應(yīng)2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）過程中的能量變化如圖所示，回答下列問題．
（1）寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式（用E₁、E₂或E₃表示，下同）

2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-E₃kJ/mol　或△H=-（E₂-E₁）kJ/mol

．
（2）T℃時(shí)將3mol SO₂和1mol O₂通入體積為2L的恒溫恒容密閉容器中，發(fā)生反應(yīng)．2min時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡，此時(shí)測得反應(yīng)物O₂還剩余0.1mol，則達(dá)到平衡時(shí)SO₂的轉(zhuǎn)化率為

60%

，反應(yīng)

放出

（填“放出”或“吸收”）

0.9E₃

熱量．（用E₁、E₂或E₃表示）
（3）下列敘述能證明該反應(yīng)已達(dá)化學(xué)平衡狀態(tài)的是

①②④

（填序號(hào)）
①SO₂的體積分?jǐn)?shù)不再發(fā)生變化    ②容器內(nèi)壓強(qiáng)不再發(fā)生變化   ③容器內(nèi)氣體原子總數(shù)不再發(fā)生變化   ④相同時(shí)間內(nèi)消耗2n mol SO₂的同時(shí)生成n mol O₂   ⑤相同時(shí)間內(nèi)消耗2n mol SO₂的同時(shí)生成2n mol SO₃
（4）在反應(yīng)體系中加入催化劑，反應(yīng)速率增大，E₁、E₂和E₃的變化是：E₁

減小

，E₂

減小

，E₃

不變

（填“增大”“減小”或“不變”）．
（5）若以如圖所示裝置，用電化學(xué)原理生產(chǎn)硫酸，將SO₂、O₂以一定壓強(qiáng)噴到活性電極上反應(yīng)．寫出兩電極的電極反應(yīng)式：

+：O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O
-：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺

，為穩(wěn)定持續(xù)生產(chǎn)，硫酸溶液的濃度應(yīng)維持不變，則通入SO₂和水的質(zhì)量比為

16：29

．
（6）SOCl₂是一種無色液體，可與碳共同構(gòu)成鋰電池的正極材料，且其放電時(shí)也有SO₂氣體產(chǎn)生．寫出SOCl₂在電池中放電時(shí)的電極反應(yīng)式

2SOCl₂+4e^-═S+SO₂↑+4Cl^-

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)反應(yīng)熱、方程式寫出相應(yīng)的熱化學(xué)方程式；
（2）根據(jù)轉(zhuǎn)化率=

反應(yīng)物的初始物質(zhì)的量-反應(yīng)物的剩余物質(zhì)的量

反應(yīng)物的初始物質(zhì)的量

×100%計(jì)算；根據(jù)反應(yīng)熱與二氧化硫的關(guān)系式計(jì)算反應(yīng)熱；
（3）根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征分析，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度、質(zhì)量、體積分?jǐn)?shù)以及百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，做題時(shí)要注意方程式前后氣體的化學(xué)計(jì)量數(shù)的關(guān)系；
（4）催化劑能改變反應(yīng)的路徑，使發(fā)生反應(yīng)所需的活化能降低；
（5）根據(jù)正負(fù)極上得失電子寫出相應(yīng)的電極反應(yīng)式；
（6）根據(jù)原電池的電池反應(yīng)式的書寫規(guī)則書寫．

解答：解：（1）△H=反應(yīng)物吸收的能量-生成物放出的能量═-E₃kJ/mol=-（E₂-E₁）kJ/mol，
故答案為：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-E₃kJ/mol 或△H=-（E₂-E₁）kJ/mol
（2）從圖象知，反應(yīng)物的能量大于生成物的能量，所以該反應(yīng)是放熱反應(yīng)．
               2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）      放熱 E₃ 
     反應(yīng)開始 3 mol     1mol         0               E₃
        轉(zhuǎn)化 1.8 mol    0.9mol     1.8 mol        0.9E ₃
        平衡 1.2mol     0.1mol     1.8 mol 
  所以SO₂的轉(zhuǎn)化率=

1.8mol

3mol

×100%=60%
放出熱量 0.9E ₃
故答案為：60%；放出； 0.9 E₃；
（3）該反應(yīng)前后氣體體積減小，化學(xué)平衡狀態(tài)的標(biāo)志：正逆反應(yīng)速率相等、體系各物質(zhì)的含量不變．
①②④符合條件；根據(jù)原子守恒，各元素的原子總數(shù)始終不變，故③錯(cuò)；⑤所指方向一致，故⑤錯(cuò)．
故選：①②④；
（4）加入催化劑，改變了反應(yīng)歷程，改變反應(yīng)速率，但平衡不移動(dòng)，所以E₂、E₁ 減小，E₃不變，
故答案為：E₂、E₁ 減小，E₃不變；
（5）根據(jù)原電池反應(yīng)原理，還原劑在負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)電極反應(yīng)式為SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺；，氧化劑在正極上發(fā)生還原反應(yīng)電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O，該原電池的本質(zhì)是2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄，為維持濃度不變，SO₂和O₂反應(yīng)生成硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是50%，所需的水為反應(yīng)反應(yīng)的水和做溶劑的水，所以質(zhì)量比為=2×64：（2×18+2×98）=16：29
故答案為：+：O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O，-：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺； 16：29；
（6）SOCl2中S的化合價(jià)是+4價(jià)，是中間價(jià)態(tài)，能發(fā)生氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)中有二氧化硫生成，也有S單質(zhì)生成，電池反應(yīng)式為2SOCl₂+4e^-═S+SO₂↑+4Cl^-，
故答案為：2SOCl₂+4e^-═S+SO₂↑+4Cl^-．

點(diǎn)評(píng)：本題考查電極反應(yīng)式的書寫、平衡狀態(tài)的判斷等知識(shí)點(diǎn)，難度不大，注意化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷方法，是高考的熱點(diǎn)，也是學(xué)習(xí)的難點(diǎn)．