Question

18．化學(xué)反應(yīng)原理在科研和生產(chǎn)中有廣泛應(yīng)用．

（1）SO₂可用于制硫酸．已知25℃、101kPa時(shí)：2SO₂（g）+O₂（g）═2SO₃（g）△H₁=-197kJ/mol；
H₂O（g）═H₂O（l）△H₂=-44kJ/mol；2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）═2H₂SO₄（l）△H₃=-545kJ/mol．
則SO₃（g）與H₂O（l）反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是SO₃（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）△H=-130kJ/mol．
（2）利用“化學(xué)蒸氣轉(zhuǎn)移法”制備二硫化鉭（TaS₂）晶體，發(fā)生如下反應(yīng)：TaS₂（s）+2I₂（g）═TaI₄（g）+S₂（g）△H＞0（Ⅰ）
若反應(yīng)（Ⅰ）的平衡常數(shù)K=1，向某恒容容器中加入1mol I₂ （g）和足量TaS₂（s），I₂ （g）的平衡轉(zhuǎn)化率為66.7%．
如圖1所示，反應(yīng)（Ⅰ）在石英真空管中進(jìn)行，先在溫度為T₂的一端放入未提純的TaS₂粉末和少量I₂ （g），一段時(shí)間后，在溫度為T₁的一端得到了純凈TaS₂晶體，則溫度T₁＜T₂（填“＞”“＜”或“=”）．上述反應(yīng)體系中循環(huán)使用的物質(zhì)是I₂．
（3）利用H₂S廢氣制取氫氣的方法有多種．
①高溫?zé)岱纸夥?br />已知：H₂S（g）═H₂（g）+$\frac{1}{2}$S₂（g）△H₄
在恒容密閉容器中，控制不同溫度進(jìn)行H₂S分解實(shí)驗(yàn)．以H₂S起始濃度均為c mol•L^-1測(cè)定H₂S的轉(zhuǎn)化率，結(jié)果見圖2．圖2中a為H₂S的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度關(guān)系曲線，b曲線表示不同溫度下反應(yīng)經(jīng)過(guò)相同時(shí)間且未達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)H₂S的轉(zhuǎn)化率．△H₄＞0（填＞，=或＜）；說(shuō)明隨溫度的升高，曲線b向曲線a逼近的原因：溫度升高，反應(yīng)速率加快，達(dá)到平衡所需的進(jìn)間縮短．
②電化學(xué)法
該法制氫過(guò)程的示意圖如圖3．反應(yīng)池中反應(yīng)物的流向采用氣、液逆流方式，其目的是增大反應(yīng)物接觸面積，使反應(yīng)更充分；反應(yīng)后的溶液進(jìn)入電解池，電解總反應(yīng)的離子方程式為2Fe²⁺+2H⁺ $\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Fe³⁺+H₂↑．

Answer 1

分析 （1）2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H₁=一197kJ/mol ①
  2H₂O （g）=2H₂O（1）△H₂=-88kJ/mol ②
  2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）=2H₂SO₄（l）△H₃=一545kJ/mol③
利用蓋斯定律：（③-①-②）×$\frac{1}{2}$ 得SO₃（g）與H₂O（l）反應(yīng)的熱化學(xué)方程式；
（2）設(shè) I₂的平衡轉(zhuǎn)化率為x，則參加反應(yīng)的I₂為xmol，由方程式可知，平衡時(shí)生成TaI₄和S₂各0.5xmol，剩余I₂為（1-x）mol，反應(yīng)前后氣體體積不變，可以用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算平衡常數(shù)，根據(jù)K=$\frac{c（TaI{\;}_{4}）×c（S{\;}_{2}）}{c{\;}^{2}（I{\;}_{2}）}$=1列方程計(jì)算；
該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，溫度T₂端利于反應(yīng)正向進(jìn)行，應(yīng)為高溫，溫度T₁端利于反應(yīng)向左進(jìn)行，應(yīng)為低溫，反應(yīng)中I₂是可以循環(huán)使用的物質(zhì)；
（3）①由圖可知，隨著溫度升高，H₂S的轉(zhuǎn)化率也隨之增大，所以升高溫度平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；
溫度的升高，曲線b向曲線a逼近，反應(yīng)速率加快，達(dá)到平衡時(shí)的時(shí)間縮短；
②反應(yīng)池中反應(yīng)物的流向采用氣、液逆流方式，可增大反應(yīng)物接觸面積；電解池中亞鐵離子失去電子，氫離子得到電子，以此來(lái)解答．

解答 解：（1）2SO₂（g）+O₂（g）2SO₃（g）△H₁=一197kJ/mol ①
  2H₂O （g）=2H₂O（1）△H₂=-88kJ/mol ②
  2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）=2H₂SO₄（l）△H₃=一545kJ/mol③
利用蓋斯定律：（③-①-②）×$\frac{1}{2}$ 得SO₃（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）△H=-130kJ/mol，
故答案為：SO₃（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）△H=-130kJ/mol；
（2）設(shè) I₂的平衡轉(zhuǎn)化率為x，則參加反應(yīng)的I₂為xmol，由方程式可知，平衡時(shí)生成TaI₄和S₂各0.5xmol，剩余I₂為（1-x）mol，反應(yīng)前后氣體體積不變，可以用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算平衡常數(shù)，則K═$\frac{c（TaI{\;}_{4}）×c（S{\;}_{2}）}{c{\;}^{2}（I{\;}_{2}）}$=$\frac{0.5x×0.5x}{（1-x）{\;}^{2}}$=1，解得：x=66.7%；
該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，一段時(shí)間后，在溫度為T₁的一端得到了純凈TaS₂晶體，溫度T₂端利于反應(yīng)正向進(jìn)行，應(yīng)為高溫，溫度T₁端利于反應(yīng)向左進(jìn)行，應(yīng)為低溫，所以T₁＜T₂，I₂是可以循環(huán)使用的物質(zhì)；
故答案為：66.7%；＜；I₂；
（3）①由圖可知，隨著溫度升高，H₂S的轉(zhuǎn)化率也隨之增大，所以升高溫度平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，所以△H₄＞0；
溫度的升高，反應(yīng)速率加快，達(dá)到平衡時(shí)的時(shí)間縮短，曲線b向曲線a逼近，
故答案為：＞；溫度升高，反應(yīng)速率加快，達(dá)到平衡所需的進(jìn)間縮短；
②反應(yīng)池中反應(yīng)物的流向采用氣、液逆流方式，可增大反應(yīng)物接觸面積；電解池中亞鐵離子失去電子，氫離子得到電子，電解總反應(yīng)的離子方程式為2Fe²⁺+2H⁺ $\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Fe³⁺+H₂↑，
故答案為：增大反應(yīng)物接觸面積，使反應(yīng)更充分；2Fe²⁺+2H⁺ $\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Fe³⁺+H₂↑．

點(diǎn)評(píng) 本題考查熱化學(xué)方程式的書寫、化學(xué)平衡有關(guān)計(jì)算與影響因素、化學(xué)平衡圖象、電解原理等，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，難度中等．