Question

15．磺酰氯（ SO₂Cl₂）是一种有机氯化剂和锂电池正极活性物质．工业上制各磺酰氯的反应为：S0₂（g）+Cl₂（g）?SO₂Cl₂（g）△H=-97.3kJ•mol^-1
（1）SO₂Cl₂中S的化合价是+6．
（2）恒温时，将SO₂与Cl₂各0．l mol充入体积可变的密闭容器中发生上述反应，容器体积变化如图曲线I所示．
①平衡时c（ SO₂Cl₂）=0.01mol/L．
②仅改变某一条件，就能使容器体积变化为曲线II，这个条件是使用催化剂，当反应至M点时放出的热量为3.892kJ．
③不能（填“能”、“不能”）仅改变某一条件，使平衡常数K和反应速率v（正）都增大，理由是正反应为放热反应，要使K增大只能降温，而降低温度反应速率减小．
（3）测定磺酰氯纯度：称取0.3000g磺酰氯试样溶于28.00mL l.000mol/L NaOH溶液中，充分反应后，用1.000mol/L  HCl返滴定至终点，耗用盐酸20.16mL．（杂质不参加反应）
①磺酰氯能发生剧烈水解反应生成两种强酸，化学方程式为SO₂Cl₂+2H₂O=H₂SO₄+2HCl．
②该试样纯度为88.20%．
（4）Li-SO₂Cl₂新型电池的总反应为2Li+SO₂Cl₂═2LiCl+SO₂，则正极反应为SO₂Cl₂+2e^-=2Cl^-+SO₂↑．

Answer 1

分析 （1）SO₂Cl₂中Cl为-1价，O为-2价，化合物中正负化合价的倒数和为0；
（2）由图可知，5V气体达到平衡时变化为4L，体积之比等于物质的量之比，平衡时物质的量为0.2mol×$\frac{4}{5}$=0.16mol，
        SO₂（g）+Cl₂（g）?SO₂Cl₂（g）
开始  0.1                0.1               0
转化   x                   x               x
平衡 0.1-x              0.1-x             x
则0.1-x+0.1-x+x=0.16mol，解得x=0.04mol，
①结合c=$\frac{n}{V}$计算；
②I与II始终态的量相同，II中反应速率快；物质的量与热量成正比；
③该反应为放热反应，K只与温度有关；
（3）①SO₂Cl₂遇水发生剧烈水解，根据水解原理可知为H-与Cl-结合生成HCl，-SO₂-基团结合2个-OH生成H₂SO₄；
②结合SO₂Cl₂+2H₂O=H₂SO₄+2HCl、H⁺+OH^-=H₂O计算；
（4）正极是SO₂Cl₂中+6价的硫得电子发生还原反应，据此书写．

解答 解：（1）SO₂Cl₂中Cl为-1价，O为-2价，化合物中正负化合价的倒数和为0，则S元素的化合价为0-（-1）×2-（-2）×2=+6，故答案为：+6；
（2）由图可知，5V气体达到平衡时变化为4L，体积之比等于物质的量之比，平衡时物质的量为0.2mol×$\frac{4}{5}$=0.16mol，
        SO₂（g）+Cl₂（g）?SO₂Cl₂（g）
开始  0.1                0.1               0
转化   x                   x               x
平衡 0.1-x              0.1-x             x
则0.1-x+0.1-x+x=0.16mol，解得x=0.04mol，
①平衡时c（ SO₂Cl₂）=$\frac{0.04mol}{4L}$=0.01mol/L，故答案为：0.01mol/L；
②I与II始终态的量相同，II中反应速率快，改变条件为使用催化剂；物质的量与热量成正比，则当反应至M点时放出的热量为0.04mol×97.3kJ/mol=3.892kJ，
故答案为：使用催化剂；3.892kJ；
③该反应为放热反应，K只与温度有关，则不能仅改变某一条件，使平衡常数K和反应速率v（正）都增大，降低温度时反应速率减小、K增大，
故答案为：不能；正反应为放热反应，要使K增大只能降温，而降低温度反应速率减小；
（3）①SO₂Cl₂遇水发生剧烈水解，生成HCl和H₂SO₄，反应方程式为SO₂Cl₂+2H₂O=H₂SO₄+2HCl，故答案为：SO₂Cl₂+2H₂O=H₂SO₄+2HCl；
②反应后，用1.000mol/L  HCl返滴定至终点，耗用盐酸20.16mL，则中和的NaOH为0.02016L×1.000mol/L=0.02016mol，则中和磺酰氯需要的NaOH为0.028L×l.000mol/L-0.02016mol=0.00784mol，由SO₂Cl₂+2H₂O=H₂SO₄+2HCl可知n（SO₂Cl₂）=$\frac{0.00784mol}{4}$=0.00196mol，其质量为0.00196mol×135g/mol=0.2642g，该试样纯度为$\frac{0.2642g}{0.3g}$×100%=88.20%，故答案为：88.20%；
（4）正极是SO₂Cl₂中+6价的硫得电子发生还原反应，可知电极反应式为SO₂Cl₂+2e^-=2Cl^-+SO₂↑，故答案为：SO₂Cl₂+2e^-=2Cl^-+SO₂↑．

点评 本题考查化学平衡的计算，为高频考点，把握图中体积变化与物质的量的变化的关系、平衡三段法计算、平衡移动、物质含量测定计算为解答的关键，侧重分析与计算能力的考查，综合性较强，题目难度中等．