Question

14．利用原电池原理合成硫酸成为可能，如图利用SO₂和O₂制备硫酸．其中A、B为多孔材料，可吸附气体．回答下列问题．
（1）A极充入物质为氧气，B极的电极反应为SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺．
（2）B极在30min后，共充入标况下11.2L气体时，则通过外电路电流为（已知电子电量e=1.60×10^-19C）53.5库仑
（3）某温度下，SO₂（g）+1/2O₂（g）═SO₃（g）△H=-98kJ•mol^-1．开始时在10L的密闭容器中加入4.0molSO₂（g）和5.0molO₂（g），当反应达到平衡时共放出热量196kJ，SO₂的转化率是50%；该温度下平衡常数K=2.5L/mol．

Answer 1

分析 （1）SO₂与O₂反应生成SO₃，SO₃再与水化合生成硫酸，根据硫酸的出口判断正负极，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，原电池放电时，电解质溶液中阳离子向正极移动；
（2）B极的电极反应为：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺；充入标况下11.2L即0.5mol气体时，转移电子是1mol，根据公式Q=It来计算；
（3）根据三行式结合转化率和化学平衡常数的表达式来计算即可．

解答 解：该原电池中，负极上失电子被氧化，所以负极上投放的气体是二氧化硫，二氧化硫失电子和水反应生成硫酸根离子和氢离子，正极上投放的气体是氧气，正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，根据硫酸和水的出口方向知，B极是负极，A极是正极，
（1）根据以上分析，A极是正极充入物质为氧气，B极的电极反应为：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺，故答案为：氧气；SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺；
（2）B极的电极反应为：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺；充入标况下11.2L即0.5mol气体时，转移电子是1mol，通过外电路电流为（已知电子电量e=1.60×10^-19C）I=$\frac{Q}{t}$=$\frac{1.6×1{0}^{-19}×6.02×1{0}^{23}}{30×60}$库仑≈53.5库仑，故答案为：53.5库仑；
（3）某温度下，SO₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?SO₃（g）；△H=-98kJ•mol-1．开始时在10L的密闭容器中加入4.0molSO₂（g）和5.0molO₂（g），当反应达到平衡时共放出热量196kJ，消耗二氧化硫物质的量为2mol，
            2 SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196kJ•mol-1．
起始量（mol） 4       5          0
变化量（mol） 2       1          2
平衡量（mol） 2       4          2
该温度下平衡常数K=$\frac{（\frac{2}{10}）^{2}}{（\frac{2}{10}）^{2}×\frac{4}{10}}$=2.5L/mol，$\frac{2}{4}$×100%=50%，
故答案为：50%；2.5L/mol．

点评 本题涉及燃料电池的工作原理以及电极反应式的书写、化学平衡三行式的计算等方面的知识，属于综合知识的考查，难度中等．