Question

7．硫及其化合物对人类的生产和生活有着重要的作用．
（1）重晶石（BaSO₄）高温煅烧可发生一系列反应，其中部分反应如下：
BaSO₄（s）+4C（s）═BaS（s）+4CO（g）△H=+571.2kJ•mol^-1
BaS（s）═Ba（s）+S（s）△H=+460kJ•mol^-1
已知：O₂（g）+2C（s）═2CO（g）△H=-221kJ•mol^-1，
请写出O₂（g）氧化Ba（s）和S（s）生成1molBaSO₄（s）的热化学方程式Ba（s）+S（s）+2O₂（g）=BaSO₄（s）△H=-1473.2kJ/mol．
（2）二氧化硫在一定条件下还可以发生如下反应：SO₂ （g）+NO₂（g）?SO₃（g）+NO （g）△H=-42kJ•mol^-1．在1L 恒容密闭容器中充入SO₂（g） 和NO₂ （g），所得实验数据如表：

实验 编号	温度	起始时物质的量/mol		平衡时物质的量/mol
		n（SO2）	n（NO2）	n（NO）
甲	T1	0.80	0.20	0.18
乙	T2	0.20	0.80	0.16
丙	T2	0.20	0.30	a

①实验甲中，若2min 时测得放出的热量是4.2kJ，则0→2min时间内，用SO₂（g）表示的平均反应速率υ（SO₂）=0.05mol/（L•min）
②实验丙中，达到平衡时，NO₂的转化率为40%；a=0.12
③由表中数据可推知，T₁＜T₂（填“＞”“＜”或“=”），判断的理由是T₁时，该反应的平衡常数K₁=2.6，T₂时，该反应的平衡常数K₂=1，该反应正反应为放热反应，所以T₁＜T₂ ．
（3）甲烷在熔融固体氧化物中形成的燃料电池，其工作原理如图所示．
a是电池的正极（填“正”或“负”），b极的电极反应式为CH₄+4O^2--8e^-=CO₂+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）O₂（g）氧化Ba（s）和S（s）生成1molBaSO₄（s），反应的方程式为：Ba（s）+S（s）+2O₂（g）=BaSO₄（s），反应可由已知焓变的热化学方程式推导，根据盖斯定律计算此反应的焓变；
（2）①二氧化硫在一定条件下发生反应：SO₂ （g）+NO₂（g）?SO₃（g）+NO （g）△H=-42kJ/mol，焓变表示1mol反应物完全反应时候的焓变，实验甲中，若2min 时测得放出的热量是4.2kJ，则反应消耗了反应物为$\frac{4.2}{42}=0.1mol$，根据化学反应速率公式$v（S{O}_{2}）=\frac{△n}{V△t}$计算即可；
②根据实验乙中的数据，可计算在温度为T₂时，该反应的平衡常数，根据化学平衡常数可以计算实验丙中达到平衡时，NO₂的转化率和平衡时的NO的物质的量；
③SO₂和NO₂是等计量参加反应，甲和乙的初始反应物的量可以视为等效的，平衡时，甲中NO的量多于乙中NO的量，表明甲相对于乙平衡向正反应方向移动，由于反应的焓变△H＜0，据此分析温度变化给化学平衡带来的影响；
（3）甲烷在熔融固体氧化物中形成的燃料电池，根据工作原理图，O^2-起着传导作用，a电极为氧化剂参与的反应，氧化剂应为得到电子被还原，因此在原电池中，a电极为得到电子的电极，充当正极；b电极为负极，发生的电极反应为甲烷与氧离子反应失去电子，生成二氧化碳和水．

解答 解：（1）①BaSO₄（s）+4C（s）═BaS（s）+4CO（g）△H₁=+571.2kJ/mol；
               ②BaS（s）═Ba（s）+S（s）△H₂=+460kJ/mol；
               ③O₂（g）+2C（s）═2CO（g）△H₃=-221kJ/mol；
O₂（g）氧化Ba（s）和S（s）生成1molBaSO₄（s），反应方程式为：Ba（s）+S（s）+2O₂（g）=BaSO₄（s），
该反应可由③×2-②-①可得，根据盖斯定律，该反应的焓变为△H=2△H₃-△H₂-△H₁=2×（-221）-460-571.2=-1473.2kJ/mol，因此，该反应的热化学方程式为：Ba（s）+S（s）+2O₂（g）=BaSO₄（s）△H=-1473.2kJ/mol．
故答案为：Ba（s）+S（s）+2O₂（g）=BaSO₄（s）△H=-1473.2kJ/mol．
（2）①二氧化硫在一定条件下发生反应：SO₂ （g）+NO₂（g）?SO₃（g）+NO （g）△H=-42kJ/mol，焓变表示完全反应时候的焓变，实验甲中，若2min 时测得放出的热量是4.2kJ，表明各组分均反应了0.1mol，则SO₂的物质的量改变量为△n=0.1mol，恒容密闭容器的体积为V=1L，反应所经历的时间为t=2min，因此以SO₂表示的化学反应的平均速率为$v（S{O}_{2}）=\frac{△n}{V△t}$=$\frac{0.1mol}{1L×2min}$=0.05mol/（L•min）．
故答案为：0.05mol/（L•min）．
②根据实验乙中的数据，平衡时NO的物质的量为0.16mol，根据反应方程式：SO₂ （g）+NO₂（g）?SO₃（g）+NO （g），反应物均消耗了0.16mol，生成了SO₃位0.16mol，则平衡时，$c（S{O}_{2}）=\frac{0.2-0.16}{1}=0.04mol/L$，$c（N{O}_{2}）=\frac{0.8-0.16}{1}=0.64mol/L$，$c（NO）=\frac{0.16}{1}=0.16mol/L$，$c（S{O}_{3}）=\frac{0.16}{1}=0.16mol/L$，该反应的平衡常数为$K=\frac{c（NO）c（S{O}_{3}）}{c（N{O}_{2}）c（S{O}_{2}）}$=$\frac{0.16mol/L×0.16mol/L}{0.64mol/L×0.04mol/L}=1$，温度不变，平衡常数也不发生改变，因此在实验丙中，K=1，起始时，c（SO₂）=0.2mol/L，c（NO₂）=0.3mol/L，设反应消耗了cmol/L，则平衡时，c（NO₂）=0.3-c，c（SO₂）=0.2-c，c（SO₃）=c（NO）=c，则有$K=\frac{{c}^{2}}{（0.2-c）（0.3-c）}=1$，解得：c=0.12mol/L，因此，平衡时，NO₂的转化率=$\frac{c}{0.3}×100%=40%$，平衡时，NO的物质的量为a=0.12mol/L×1L=0.12mol．
故答案为：40%，0.12；
③根据反应的方程式，SO₂和NO₂是等计量参加反应，因此甲和乙的初始反应物的量可以视为等效的，平衡时，甲中NO的量多于乙中NO的量，表明甲相对于乙平衡向正反应方向移动，该反应的焓变△H＜0，反应是放热的反应，因此降低温度可使化学反应平衡向正反应方向移动，所以T₁＜T₂，分别计算实验甲和实验乙的平衡常数，实验甲中，平衡时，$c（S{O}_{2}）=\frac{0.8-0.18}{1}=0.62mol/L$，$c（N{O}_{2}）=\frac{0.2-0.18}{1}=0.02mol/L$，$c（S{O}_{3}）=\frac{0.18}{1}=0.18mol/L$，$c（NO）=\frac{0.18}{1}=0.18mol/L$，因此实验甲的平衡常数为${K}_{1}=\frac{0.18mol/L×0.18mol/L}{0.02mol/L×0.62mol/L}=2.6$，判断的利理由是T₁时，该反应的平衡常数K₁=2.6，T₂时，该反应的平衡常数K₂=1，该反应正反应为放热反应，所以T₁＜T₂．
故答案为：＜，T₁时，该反应的平衡常数K₁=2.6，T₂时，该反应的平衡常数K₂=1，该反应正反应为放热反应，所以T₁＜T₂．
（3）甲烷在熔融固体氧化物中形成的燃料电池，根据工作原理图，O^2-起着传导作用，由于a电极为氧化剂参与的反应，氧化剂应为得到电子被还原，因此在原电池中，a电极为得到电子的电极，充当原电池的正极；b电极为负极，发生的电极反应为甲烷与氧离子反应失去电子，生成二氧化碳和水，反应的方程式为：CH₄+4O^2--8e^-=CO₂+2H₂O．
故答案为：正，CH₄+4O^2--8e^-=CO₂+2H₂O．

点评 本题考查热化学方程式的书写，化学平衡的移动，化学平衡常数的计算与简单应用，电化学知识．主要内容基础咋化学原理部分，题目难度不大，是基础题．