题目内容

【题目】(题文)近年来,研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。过程如下:

(1)反应Ⅰ:2H2SO4(l)2SO2(g)+2H2O(g)+O2(g) ΔH1=+551 kJ·mol-1

反应Ⅲ:S(s)+O2(g)SO2(g) ΔH3=-297 kJ·mol-1

反应Ⅱ的热化学方程式:________________

(2)对反应Ⅱ,在某一投料比时,两种压强下,H2SO4在平衡体系中物质的量分数随温度的变化关系如图所示。

p2_______p 1(填“>”或“<”),得出该结论的理由是________________

(3)I可以作为水溶液中SO2歧化反应的催化剂,可能的催化过程如下。将ii补充完整。

i.SO2+4I+4H+S↓+2I2+2H2O

ii.I2+2H2O+__________________+_______+2 I

(4)探究i、ii反应速率与SO2歧化反应速率的关系,实验如下:分别将18 mL SO2饱和溶液加入到2 mL下列试剂中,密闭放置观察现象。(已知:I2易溶解在KI溶液中)

序号

A

B

C

D

试剂组成

0.4 mol·L-1 KI

a mol·L-1 KI

0.2 mol·L-1 H2SO4

0.2 mol·L-1 H2SO4

0.2 mol·L-1 KI

0.0002 mol I2

实验现象

溶液变黄,一段时间后出现浑浊

溶液变黄,出现浑浊较A快

无明显现象

溶液由棕褐色很快褪色,变成黄色,出现浑浊较A快

①B是A的对比实验,则a=__________

②比较A、B、C,可得出的结论是______________________

③实验表明,SO2的歧化反应速率D>A,结合i、ii反应速率解释原因:________________

【答案】 3SO2(g)+2H2O (g)2H2SO4 (l)+S(s) ΔH2=254 kJ·mol1 > 反应Ⅱ是气体物质的量减小的反应,温度一定时,增大压强使反应正向移动,H2SO4 的物质的量增大,体系总物质的量减小,H2SO4的物质的量分数增大 SO2 SO42 4H+ 0.4 ISO2歧化反应的催化剂,H+单独存在时不具有催化作用,但H+可以加快歧化反应速率 反应iii快;D中由反应ii产生的H+使反应i加快

【解析】分析:(1)应用盖斯定律结合反应II分析

2采用“定一议二”法,根据温度相同时,压强与H2SO4物质的量分数判断。

3依据催化剂在反应前后质量和化学性质不变,反应i+反应ii消去I-得总反应。

4用控制变量法对比分析。

详解:(1)根据过程,反应IISO2催化歧化生成H2SO4S,反应为3SO2+2H2O=2H2SO4+S应用盖斯定律,反应I+反应III2H2SO4l+Ss=3SO2g+2H2OgΔH=ΔH1+ΔH3=+551kJ/mol+-297kJ/mol=+254kJ/mol反应II的热化学方程式为3SO2g+2H2Og=2H2SO4l+SsΔH=-254kJ/mol

2在横坐标上任取一点,作纵坐标的平行线,可见温度相同时,p2H2SO4物质的量分数大于p1反应II是气体分子数减小的反应,增大压强平衡向正反应方向移动,H2SO4物质的量增加,体系总物质的量减小,H2SO4物质的量分数增大p2p1

3反应II的总反应为3SO2+2H2O=2H2SO4+SI-可以作为水溶液中SO2歧化反应的催化剂,催化剂在反应前后质量和化学性质不变,(总反应-反应i2反应ii的离子方程式为I2+2H2O+SO2=4H++SO42-+2I-

4①BA的对比实验,采用控制变量法,BA多加了0.2mol/LH2SO4ABKI浓度应相等,则a=0.4

对比AB,加入H+可以加快SO2歧化反应的速率;对比BC,单独H+不能催化SO2的歧化反应;比较ABC可得出的结论是:ISO2歧化反应的催化剂,H+单独存在时不具有催化作用,但H+可以加快歧化反应速率

对比DAD中加入KI的浓度小于AD中多加了I2反应i消耗H+I-,反应ii中消耗I2D中“溶液由棕褐色很快褪色,变成黄色,出现浑浊较A反应速率DA由此可见,反应ii比反应i速率快,反应ii产生H+使cH+)增大,从而反应i加快

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已知:反应Ⅰ中所有金属元素均以离子形式存在。有关常数:Ksp[Al(OH)3]=1.0×1033Ksp[Fe(OH)3]=3.0×1039Ksp[Mn(OH)2]=2.0×1013Ksp[Zn(OH)2]=1.0×1017Ksp(MnCO3)=2.0×1011Ka1(H2CO3)=4.0×107Ka2(H2CO3)=5.6×1011。回答下列问题:

(1)滤渣1中除了SiO2以外,还有一种淡黄色物质,该物质是由MnO2、CuS与硫酸共热时产生的,请写出该反应的离子方程式____________________________

(2)反应Ⅱ中加入适量金属锌的目的是为了回收某种金属,滤渣2的主要成分是___________

(3)反应Ⅲ中MnO2的作用是_______________________,若反应后溶液中Mn2、Zn2均为0.1mol·L1,需调节溶液pH范围为_______________(溶液中,当一种离子的浓度小于106mol/L时可认为已不存在),X可以是_________。(填字母代号)

a.MgO b.Zn(OH)2 c.Cu2(OH)2CO3 d.MnCO3

(4)反应Ⅳ中电极均是惰性电极,写出阳极电极反应式________________________。本工艺可以循环利用的物质有MnO2、Zn_________

(5)MnCO3有多种用途。废水处理领域中常用NH4HCO3溶液将Mn2+转化为MnCO3,该反应的离子方程式为______。试通过题述有关数据简要计算说明该反应能进行的原因:____________________________

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