Question

利用催化氧化反應(yīng)將SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃是工業(yè)上生產(chǎn)硫酸的關(guān)鍵步驟．T℃時(shí)反應(yīng)2SO₂（g）+O₂（g）

2SO₃（g）過(guò)程中的能量變化如圖所示，回答下列問(wèn)題．
（1）寫(xiě)出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式（用E₁、E₂或E₃表示，下同）______．
（2）T℃時(shí)將3molSO₂和1molO₂通入體積為2L的恒溫恒容密閉容器中，發(fā)生反應(yīng)．2min時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡，此時(shí)測(cè)得反應(yīng)物O₂還剩余0.1mol，則達(dá)到平衡時(shí)SO₂的轉(zhuǎn)化率為_(kāi)_____，反應(yīng)______（填“放出”或“吸收”）______熱量．（用E₁、E₂或E₃表示）
（3）下列敘述能證明該反應(yīng)已達(dá)化學(xué)平衡狀態(tài)的是______（填序號(hào)）
①SO₂的體積分?jǐn)?shù)不再發(fā)生變化    ②容器內(nèi)壓強(qiáng)不再發(fā)生變化   ③容器內(nèi)氣體原子總數(shù)不再發(fā)生變化   ④相同時(shí)間內(nèi)消耗2n molSO₂的同時(shí)生成n molO₂   ⑤相同時(shí)間內(nèi)消耗2n molSO₂的同時(shí)生成2n molSO₃
（4）在反應(yīng)體系中加入催化劑，反應(yīng)速率增大，E₁、E₂和E₃的變化是：E₁______，E₂______，E₃______（填“增大”“減小”或“不變”）．
（5）若以如圖所示裝置，用電化學(xué)原理生產(chǎn)硫酸，將SO₂、O₂以一定壓強(qiáng)噴到活性電極上反應(yīng)．寫(xiě)出兩電極的電極反應(yīng)式：______，為穩(wěn)定持續(xù)生產(chǎn)，硫酸溶液的濃度應(yīng)維持不變，則通入SO₂和水的質(zhì)量比為_(kāi)_____．
（6）SOCl₂是一種無(wú)色液體，可與碳共同構(gòu)成鋰電池的正極材料，且其放電時(shí)也有SO₂氣體產(chǎn)生．寫(xiě)出SOCl₂在電池中放電時(shí)的電極反應(yīng)式______．

Answer 1

（1）△H=反應(yīng)物吸收的能量-生成物放出的能量═-E₃kJ/mol=-（E₂-E₁）kJ/mol，
故答案為：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-E₃kJ/mol 或△H=-（E₂-E₁）kJ/mol
（2）從圖象知，反應(yīng)物的能量大于生成物的能量，所以該反應(yīng)是放熱反應(yīng)．
               2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）      放熱 E₃ 
     反應(yīng)開(kāi)始 3 mol     1mol         0               E₃
        轉(zhuǎn)化 1.8 mol    0.9mol     1.8 mol        0.9E ₃
        平衡 1.2mol     0.1mol     1.8 mol 
  所以SO₂的轉(zhuǎn)化率=

1.8mol

3mol

×100%=60%
放出熱量 0.9E ₃
故答案為：60%；放出； 0.9 E₃；
（3）該反應(yīng)前后氣體體積減小，化學(xué)平衡狀態(tài)的標(biāo)志：正逆反應(yīng)速率相等、體系各物質(zhì)的含量不變．
①②④符合條件；根據(jù)原子守恒，各元素的原子總數(shù)始終不變，故③錯(cuò)；⑤所指方向一致，故⑤錯(cuò)．
故選：①②④；
（4）加入催化劑，改變了反應(yīng)歷程，改變反應(yīng)速率，但平衡不移動(dòng)，所以E₂、E₁ 減小，E₃不變，
故答案為：E₂、E₁ 減小，E₃不變；
（5）根據(jù)原電池反應(yīng)原理，還原劑在負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)電極反應(yīng)式為SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺；，氧化劑在正極上發(fā)生還原反應(yīng)電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O，該原電池的本質(zhì)是2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄，為維持濃度不變，SO₂和O₂反應(yīng)生成硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是50%，所需的水為反應(yīng)反應(yīng)的水和做溶劑的水，所以質(zhì)量比為=2×64：（2×18+2×98）=16：29
故答案為：+：O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O，-：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺； 16：29；
（6）SOCl2中S的化合價(jià)是+4價(jià)，是中間價(jià)態(tài)，能發(fā)生氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)中有二氧化硫生成，也有S單質(zhì)生成，電池反應(yīng)式為2SOCl₂+4e^-═S+SO₂↑+4Cl^-，
故答案為：2SOCl₂+4e^-═S+SO₂↑+4Cl^-．