Question

20．氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品．
（一）如图是离子交换膜法电解食盐水的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离子通过．完成下列填空：
（1）写出电解饱和食盐水的离子方程式：2H₂O+2Cl^-$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Cl₂↑+2OH^-+H₂↑；
离子交换膜的作用为能得到纯度更高的氢氧化钠溶液、避免Cl₂与H₂反应（合理即给分）．
（2）氯气与氢氧化钠可制取漂白液，室温下，0.1mol/L NaClO溶液的pH大于0.1mol/L Na₂SO₃溶液的pH（选填“大于”、“小于”或“等于”）；
浓度均为0.1mol/L的Na₂SO₃和Na₂CO₃的混合溶液中，SO₃^2-、CO₃^2-、HSO₃^-、HCO₃^-浓度从大到小的顺序为c（SO₃^2-）＞c（CO₃^2-）＞c（HCO₃^-）＞c（HSO₃^-）．
已知：HClO       Ka₁=2.95×10^-8
H₂SO₃      Ka₁=1.54×10^-2    Ka₂=1.02×10^-7
H₂CO₃      Ka₁=4.3×10^-7     Ka₂=5.6×10^-11
（二）氢气是一种极具发展潜力的清洁能源，以太阳能为热能，热化学硫碘循环分解水是一种高效、无污染的制氢方法．其反应过程如图所示：

（3）反应I的化学方程式是SO₂+I₂+2H₂O=2HI+H₂SO₄．
（4）反应Ⅱ：2H₂SO₄（l）═2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）△H=+550kJ•mol^-1
它由两步反应组成：
i．H₂SO₄（l）═SO₃（g）+H₂O（g）△H=+177kJ•mol^-1
ii．SO₃（g）分解．
①书写SO₃（g）分解的热化学方程式2SO₃（g）?2SO₂（g）+O₂（g）△H=+196kJ•mol^-1．
②L（L_l，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．
X代表的物理量是压强；判断L_l，L₂的大小关系L₂＞L₁．

Answer 1

分析 （1）用惰性电极电解饱和食盐水时，阳极上氯离子放电生成氯气、阴极上水得电子生成氢气和氢氧根离子；离子交换膜只有离子能通过，能防止氯气和碱反应、与氢气反应；
（2）H₂SO₃K_i1=1.54×10^-2，K_i2=1.02×10^-7，HClOK_i1=2.95×10^-8 ，说明ClO^-水解程度大于SO₃^2-；H₂SO₃K_i1=1.54×10^-2 K_i2=1.02×10^-7，H₂CO₃K_i1=4.3×10^-7K_i2=5.6×10^-11．说明SO₃^2-水解程度小于CO₃^2-；
（3）根据图知，SO₂、I₂、H₂O是反应物，HI、H₂SO₄是生成物，根据反应物和生成物书写方程式；
（4）①a.2H₂SO₄（l）═2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）△H=+550kJ•mol^-1
b．H₂SO₄（l）═SO₃（g）+H₂O（g）△H=+177kJ•mol^-1
将方程式a-2b得2SO₃（g）?2SO₂（g）+O₂（g）焓变进行相应的改变；
②由图可知，X越大，转化率越低；
分解反应为吸热反应，温度高，转化率大．

解答 解：（1）用惰性电极电解饱和食盐水时，阳极上氯离子放电生成氯气、阴极上水得电子生成氢气和氢氧根离子，电池反应式为2H₂O+2Cl^-$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Cl₂↑+2OH^-+H₂↑；离子交换膜只有离子能通过，能防止氯气和碱反应、与氢气反应，
故答案为：2H₂O+2Cl^-$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Cl₂↑+2OH^-+H₂↑；能得到纯度更高的氢氧化钠溶液、避免Cl₂与H₂反应（合理即给分）；
（2）H₂SO₃ K_i1=1.54×10^-2，K_i2=1.02×10^-7，HClOK_i1=2.95×10^-8 ，说明ClO^-水解程度大于SO₃^2-，0.1mol/L NaClO溶液的pH大于0.1mol/L Na₂SO₃溶液的pH，依据电离平衡常数大小比较，H₂SO₃K_i1=1.54×10^-2 K_i2=1.02×10^-7，H₂CO₃K_i1=4.3×10^-7K_i2=5.6×10^-11．说明SO₃^2-水解程度小于CO₃^2-，浓度均为0.1mol/L的Na₂SO₃和Na₂CO₃的混合溶液中，SO₃^2-、CO₃^2-、HSO₃^-、HCO₃^-浓度从大到小的顺序为c（SO₃^2-）＞c（CO₃^2-）c（HCO₃^-）＞c（HSO₃^-），
故答案为：大于；c（SO₃^2-）＞c（CO₃^2-）＞c（HCO₃^-）＞c（HSO₃^-）；
（3）根据图知，SO₂、I₂、H₂O是反应物，HI、H₂SO₄是生成物，根据反应物和生成物书写方程式为SO₂+I₂+2H₂O=2HI+H₂SO₄，故答案为：SO₂+I₂+2H₂O=2HI+H₂SO₄；
（4）①a.2H₂SO₄（l）═2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）△H=+550kJ•mol^-1
b．H₂SO₄（l）═SO₃（g）+H₂O（g）△H=+177kJ•mol^-1
将方程式a-2b得2SO₃（g）?2SO₂（g）+O₂（g）△H=（+550kJ•mol^-1
）-2（+177kJ•mol^-1）=+196 kJ•mol^-1，
故答案为：2SO₃（g）?2SO₂（g）+O₂（g）△H=+196 kJ•mol^-1；
②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；
由SO₃（g）=SO₂（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，
故答案为：压强；L₂＞L₁．

点评 本题考查电解原理、盖斯定律、图象分析，为高频考点，明确电解原理、盖斯定律及外界条件对化学平衡影响是解本题关键，侧重考查学生分析推断及计算能力，注意图象中曲线变化趋势与外界条件的关系，题目难度不大．