题目内容

【题目】硫-氨热化学循环制氢示意图如下:

(1)反应Ⅱ是将太阳能转化为电能,再转化为化学能,电解池阳极的电极反应式 _______________;

(2)反应Ⅲ中控制反应条件很重要,不同条件下硫酸铵分解产物不同。连接装置A-B-C,检查气密性,按图示重新加入试剂。通入N2排尽空气后,于400℃加热装置A 至(NH4)2SO4完全分解无残留物,停止加热,冷却,停止通入N2。观察到装置A、B之间的导气管内有少量白色固体。经检验,该白色固体和装置B内溶液中有SO32-,无SO42-。进一步研究发现,气体产物中无氮氧化物。

(NH4)2 SO4在400℃分解的化学方程式是:________________________________________;

(3)反应Ⅳ:2H2SO4(l)=2SO2(g)+O2(g)+2H2O (l) △H=+462kJ/mol

它由两步反应组成:i.H2SO4(l)=SO3(g)+H2O(g) △H=+177kJ/mol

ii.SO3(g)分解。

iii.H2O(l)=H2O(g) △H=+44kJ/mol

①L(L1、L2),X可分别代表压强或温度。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。

i.X代表的物理量是:________________,

ii.判断L1、L2的大小关系,并简述理由:________________________________________;

②反SO3分解的热化学方程式为:__________________________________________________;

(4)恒温密闭容器中,控制不同温度进行SO3分解实验。SO3起始浓度均为 cmol·L-1,测定SO3的转化率,结果如图,图中Ⅰ曲线为SO3的平衡转化率与温度的关系,Ⅱ曲线表示不同温度下反应经过相同反应时间且未达到化学平衡时SO3的转化率。

①图中点X点平衡常数:K=_____ ;

②Y点对应温度下的反应速率:v(正)______v(逆)(选填:>,<,=);随温度的升高,Ⅱ曲线逼近Ⅰ曲线的原因是:_____________________________________。

【答案】

(1)SO32--2e-+H2O=SO42-+2H+

(2)3(NH4)2SO4 4NH3↑+ N2↑+3SO2↑+ 6H2O↑

(3)①压强 L1<L2 SO3分解吸热,在压强相同的情况下,随温度的升高,SO3的转化率增大

②2SO3(g)2SO2(g)+O2(g) △H=+196kJ/mol

(4) ①0.675c ② > 温度升高,反应速率加快,达到平衡所需要的时间缩短

【解析】

试题分析:(1)电解池的阳极发生氧化反应,电极反应式为SO32--2e-+H2O=SO42-+2H+;

(2)硫酸铵在400℃时分解,产物除水蒸气外还有A、B、C三种气体,A是空气中含量最多的单质,则为氮气,B能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,为氨气,C能使品红溶液褪色,为二氧化硫,反应的化学方程式为3(NH4)2SO44NH3↑+N2↑+3SO2↑+6H2O↑;

(3)①i.由图可知,X越大,转化率越低,升高温度转化率增大,则X表示压强,故答案为:压强;

ii.由2SO3(g)=2SO2(g)+O2(g)△H>0,温度高,转化率大,图中等压强时L2对应的转化率大,则L1<L2;

②已知反应ii为2SO3(g)=2SO2(g)+O2(g),根据盖斯定律反应Ⅳ:2H2SO4(l)=2SO2(g)+O2(g)+2H2O(l) 可以看成i×2+ii-iii×2,则SO3分解反应的△H=(462-177×2+44×2)kJ/mol =+196kJ/mol,故SO3分解的热化学方程式为2SO3(g)2SO2(g)+O2(g) △H=+196kJ/mol;

(4) ① 2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)

起始浓度(mol·L-1) c 0 0

变化浓度(mol·L-1) 0.6c 0.6c 0.3c

平衡浓度(mol·L-1) 0.4c 0.6c 0.3c

此时平衡常数K=[(0.6c)2×0.3c]÷(0.4c)2=0.675c;

②Y点时反应还没有达到平衡状态,正向进行,所以正反应速率大于逆反应速率;温度的升高,曲线b向曲线a逼近,反应速率加快,达到平衡时的时间缩短。

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