Question

11．钒（V）及其化合物在工业催化、新材料和新能源等领域中有广泛的应用，其中接触法制硫酸工业中就要用到V₂O₅作催化剂：2SO₂（g）+O₂（g）$?_{△}^{V_{2}O_{5}}$  2SO₃（g）△H＜0．某温度下，将2mol SO₂和1mol O₂置于10L密闭容器中，在V₂O₅作催化剂下经5min反应达平衡，SO₂的平衡转化率（α）为80%．
（1）5min内 v（SO₃ ）=0.032mol•L^-1•min^-1
（2）该温度下平衡常数K=800．
（3）若缩小容器体积，至达到新的平衡，在图1中画出反应速率变化图象．
（4）硫酸工业尾气SO₂用浓氨水吸收，反应的离子方程式是2NH₃•H₂O+SO₂=2NH₄⁺+SO₃^2-　或NH₃•H₂O+SO₂=NH₄⁺+HSO₃^-，吸收后的产物最终可制成肥料硫铵[即（NH₄）₂SO₄]．
（5）某含钒化合物及硫酸的电池是利用不同价态离子对的氧化还原反应来实现化学能和电能相互转化的装置，其原理如图2所示．

①用该电池电解（NH₄）₂SO₄溶液生产（NH₄）₂S₂O₈（过二硫酸铵）．电解时均用惰性电极，阳极电极反应式可表示为2SO₄^2--2e^-═S₂O₈^2-；若电解得1mol（NH₄）₂S₂O₈，则电池左槽中H⁺将减小（填“增大”或“减少”）2mol．
②电池使用一段时间后对其进行充电，充电过程中，阳电极反应式为：VO²⁺+H₂O-e^-═VO₂⁺+2H⁺．

Answer 1

分析 （1）根据v=$\frac{△c}{△t}$计算反应速率；
（2）利用三段式法计算平衡浓度，根据平衡常数表达式计算；
（3）缩小容器体积，压强增大，正逆反应速率都增大，平衡正向移动；
（4）二氧化硫和氨水反应可生产亚硫酸铵或亚硫酸氢铵；
（5）①根据阴阳极反应原理阳极失电子发生氧化反应，此题实质是电解硫酸铵溶液，2SO₄^2-失电子变成S₂O₈^2-，电极反应式为：2SO₄^2--2e^-═S₂O₈^2-，
VO₂⁺转变为VO²⁺，发生还原反应，应为电解池的阴极，VO₂⁺+2e^-+2H⁺=VO²⁺+H₂O，若电解得1mol（NH₄）₂S₂O₈，则有2mol氢离子被消耗，故电解槽中氢离子浓度减小2mol；
②充电时，阳极失电子发生氧化反应：VO²⁺+H₂O-e^-=VO₂⁺+2H⁺．

解答 解：经5min反应达平衡，SO₂的平衡转化率（α）为80%，则
           2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
起始：2.0mol        1.0mol        0
转化：1.6mol         0.8mol      1.6mol
平衡：0.4mol           0.2mol    1.6mol
则平衡时：c（SO₂）=0.04mol/L，c（O₂）=0.02mol/L，c（SO₃）=0.16mol/L，
（1）v（SO₃）=$\frac{0.16mol/L}{5min}$=0.032mol/（L•min），
故答案为：0.032；
（2）K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）c（{O}_{2}）}$=$\frac{（0.16）^{2}}{（0.04）^{2}×0.02}$=800，
故答案为：800；
（3）缩小容器体积，压强增大，正逆反应速率都增大，平衡正向移动，图象为：；故答案为：；
（4）少量的二氧化硫和氨水反应生成亚硫酸铵，足量二氧化硫和氨水反应生产亚硫酸氢铵，
反应离子方程式为：2NH₃•H₂O+SO₂=2NH₄⁺+SO₃^2-　或NH₃•H₂O+SO₂=NH₄⁺+HSO₃^-；
故答案为：2NH₃•H₂O+SO₂=2NH₄⁺+SO₃^2-　或NH₃•H₂O+SO₂=NH₄⁺+HSO₃^-；
（5）①根据阴阳极反应原理阳极失电子发生氧化反应，此题实质是电解硫酸铵溶液，2SO₄^2-失电子变成S₂O₈^2-，电极反应式为：2SO₄^2--2e^-═S₂O₈^2-，
VO₂⁺转变为VO²⁺，发生还原反应，应为电解池的阴极，VO₂⁺+2e^-+2H⁺=VO²⁺+H₂O，若电解得1mol（NH₄）₂S₂O₈，则有2mol氢离子被消耗，
故电解槽中氢离子浓度减小2mol；
故故答案为：2SO₄^2--2e^-═S₂O₈^2-；减小；2；
②充电过程中，阳极失电子发生还原反应，电极反应式为VO²⁺+H₂O-e^-═VO₂⁺+2H⁺，
故答案为：VO²⁺+H₂O-e^-═VO₂⁺+2H⁺；

点评 本题考查了速率的计算和平衡常数的计算影响平衡的因素及电化学知识，中等难度．注意根据题给信息书写电极反应式．