Question

【题目】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）+O2（g）+2H2O（g） ΔH=+550 kJ·mol-1

它由两步反应组成：i. H2SO4（l）=SO3（g）+H2O（g） ΔH=+177 kJ·mol-1 ii. SO3（g）分解。

L（L1、L2）、X可分别代表压强和温度。下图表示L一定时，ii中SO3（g）的平衡转化率随X的变化关系。

① X代表的物理量是_____________________。

② 判断L1、L2的大小关系是______________。

（2）反应Ⅱ：I－可以作为催化剂，可能的催化过程如下。

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

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 KI	a mol/LKI 0.2 mol/LH2SO4	0.2 mol/L H2SO4	0.2 mol/L 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

① B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：___________。

（3）在钠碱循环法中，Na2SO3溶液作为吸收液吸收SO2的过程中，pH随n（SO32-）:n（HSO3－）变化关系如下表：

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

当吸收液的pH降至约为6时，需送至电解槽再生。再生示意图如下：

① 上表判断NaHSO3溶液显__________性，用化学平衡原理解释：_____________。　

② HSO3－在阳极放电的电极反应式是______，当阴极室中溶液pH升至8以上时，吸收液再生并循环利用。简述再生原理________。

Answer 1

【答案】压强L2 >L10.4I是SO2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ii比i快；D中由反应ii产生的H+使反应i加快。酸HSO3－存在HSO3－H++SO32－和HSO3－+H2OH2SO3+OH－，HSO3－的电离程度大于水解程度。HSO3－+H2O﹣2e－=SO42－+3H+氢离子在阴极得电子生成氢气，溶液中氢离子浓度降低，促使HSO3－电离生成SO32－，且钠离子进入阴极室，吸收液就可以再生。

【解析】

（1）由盖斯定律得出热化学反应方程式2SO3(g)=2SO2(g)+O2(g)△H=+196kJ·mol-1；

①该反应正反应为气体体积增大的反应，压强增大，平衡逆向移动，SO3的转化率减小，X代表的物理量为压强；

②根据①问可知L代表的物理量为温度，该反应的正反应为吸热反应，相同压强时，温度升高，平衡正向移动，SO3的转化率增大，故L2＞L1。

（2）①B是A的对比实验，则其实验条件仅有是否加入硫酸一个变量，则其中加入KI的浓度应相同，均为0.4mol/L。

②I是SO2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;C组实验无现象，说明硫酸不能催化该反应的进行，而A、B两组实验仅有是否含有硫酸一个变量，而B中沉淀出现较A快，说明在相同条件下，酸性条件可加快反应i的速率。

（3）①根据表中的数据n（SO32－）:n（HSO3－）=1:91时，溶液的pH为酸性，由此可知，NaHSO3为酸性；HSO3－在溶液中，会发生电离与水解作用HSO3－H++SO32－和HSO3－+H2OH2SO3+OH－，HSO3－的电离程度强于水解程度，故溶液呈酸性；

②根据图中电解槽所示，HSO3－在阳极放电的电极方程式为：HSO3－+H2O﹣2e－=SO42－+3H+；在阴极室中，H+得电子生成H2，随着H+浓度的降低，溶液pH逐渐增大，可促使HSO3－电离生成SO32－，且Na+进入阴极室，吸收液得以再生。