Question

4．已知：SO₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?SO₃（g）△H=-98kJ•mol^-1．
（1）常用催化剂V₂O₅中₂₃V的电子排布式为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d³4s²
（2）一定温度下，向一带活塞的体积为2L的密闭容器中充入2.0mol SO₂和1.0mol O₂，达到平衡后体积变为1.5L，则SO₂的平衡转化率为75%．
（3）与（1）相同温度下若向2L体积固定的密闭容器中充入2.0mol SO₃，平衡后，反应吸热49～98．（答范围）
（4）若以图所示装置，用电化学原理生产硫酸，写出通入SO₂电极的电极反应式为2SO₂-4e^-+4H₂O=8H⁺+2SO₄^2-；若该电池向外输送2mole-时，右侧n（H⁺）变化量为2mol；稳定持续生产，硫酸溶液的浓度应维持不变，则通入SO₂和水的质量比为16：29．

Answer 1

分析 （1）₂₃V原子核外有23个电子，根据核外电子排布规律来写；
（2）先根据三段式法计算出平衡时c（SO₂），再根据转化率公式求出SO₂的转化率；
（3）该反应是正反应气体体积减小的可逆反应，恒容容器比恒压容器，平衡正向反应程度大，逆向反应程度小；
（4）通入SO₂的电极是负极反应，二氧化硫失到电子生成硫酸根离子，在酸性溶液中生成氢离子；据电极反应式确定生成氢离子物质的量；根据SO₂、O₂和水形成硫酸溶液的浓度为50%，求出SO₂和水的质量比．

解答 解：（1）₂₃V原子核外有23个电子，核外电子排布为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d³4s²，故答案为：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d³4s²；
（2）根据V_前/V_后=n_前/n_后 可得，向一带活塞的体积为2L的密闭容器中充入2.0mol SO₂和1.0mol O₂，达到平衡后体积变为1.5L，n_后=2.25mol 
                    SO₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?SO₃（g）
 开始（mol）         2.0     1.0         0
 反应（mol）          a       $\frac{1}{2}$a        a 
 平衡（mol）        2.0-a    1-$\frac{1}{2}$a       a 
 则：（2.0-a）+（1.0-$\frac{1}{2}$a）+a=2.25     a=1.5 
所以SO₂的转化率α=$\frac{1.5}{2}$×100%=75%，故答案为：75%；
（3）向容器中加入2.0mol SO₂和1.0mol O₂与加入2.0mol SO₃平衡等效，该反应是正反应气体体积减小的可逆反应，恒容容器比恒压容器，平衡正向反应程度大，逆向反应程度小，容器体积不变，充入2.0mol SO₃，达到平衡状态时，SO₃的物质的量大于1.5mol，吸热多于$\frac{98KJ}{2}$=49kJ，少于98kJ，故答案为：49～98；
（4）通入SO₂的电极是负极反应，二氧化硫失到电子生成硫酸根离子，在酸性溶液中生成氢离子，电极反应为：2SO₂-4e^-+4H₂O=8H⁺+2SO₄^2-；通入O₂电极的电极是正极反应，氧气得到电子生成氢氧根离子，在酸性溶液中生成水，电极反应为：O₂+4e^-+4 H⁺=2H₂O，若该电池向外输送2mole-时，右侧n（H⁺）变化量为2mol，
设：SO₂和水的质量分别为a、b       
         SO₂ +H₂O?H₂SO₃
         64   18   82
         a   $\frac{18a}{64}$   $\frac{82a}{64}$
^₂H₂SO₃ +O₂═^₂H₂SO₄
 164        196
 $\frac{82a}{64}$       $\frac{98a}{64}$   
则：硫酸溶液的质量百分数为 $\frac{\frac{98a}{64}}{\frac{98a}{64}+b-\frac{18a}{64}}$×100%=50%，
所以a：b=16：29；
故答案为：2SO₂-4e^-+4H₂O=8H⁺+2SO₄^2-；2mol；16：29．

点评 本题考查了核外电子排布、化学平衡的有关知、转化率的计算、外界条件对化学平衡的影响以及有关化学计算，试题较灵活，综合性强，题目难度较大．