Question

11．釩（V）及其化合物在工業(yè)催化、新材料和新能源等領域中有廣泛的應用，其中接觸法制硫酸工業(yè)中就要用到V₂O₅作催化劑：2SO₂（g）+O₂（g）$?_{△}^{V_{2}O_{5}}$  2SO₃（g）△H＜0．某溫度下，將2mol SO₂和1mol O₂置于10L密閉容器中，在V₂O₅作催化劑下經5min反應達平衡，SO₂的平衡轉化率（α）為80%．
（1）5min內 v（SO₃ ）=0.032mol•L^-1•min^-1
（2）該溫度下平衡常數K=800．
（3）若縮小容器體積，至達到新的平衡，在圖1中畫出反應速率變化圖象．
（4）硫酸工業(yè)尾氣SO₂用濃氨水吸收，反應的離子方程式是2NH₃•H₂O+SO₂=2NH₄⁺+SO₃^2-　或NH₃•H₂O+SO₂=NH₄⁺+HSO₃^-，吸收后的產物最終可制成肥料硫銨[即（NH₄）₂SO₄]．
（5）某含釩化合物及硫酸的電池是利用不同價態(tài)離子對的氧化還原反應來實現化學能和電能相互轉化的裝置，其原理如圖2所示．

①用該電池電解（NH₄）₂SO₄溶液生產（NH₄）₂S₂O₈（過二硫酸銨）．電解時均用惰性電極，陽極電極反應式可表示為2SO₄^2--2e^-═S₂O₈^2-；若電解得1mol（NH₄）₂S₂O₈，則電池左槽中H⁺將減小（填“增大”或“減少”）2mol．
②電池使用一段時間后對其進行充電，充電過程中，陽電極反應式為：VO²⁺+H₂O-e^-═VO₂⁺+2H⁺．

Answer 1

分析 （1）根據v=$\frac{△c}{△t}$計算反應速率；
（2）利用三段式法計算平衡濃度，根據平衡常數表達式計算；
（3）縮小容器體積，壓強增大，正逆反應速率都增大，平衡正向移動；
（4）二氧化硫和氨水反應可生產亞硫酸銨或亞硫酸氫銨；
（5）①根據陰陽極反應原理陽極失電子發(fā)生氧化反應，此題實質是電解硫酸銨溶液，2SO₄^2-失電子變成S₂O₈^2-，電極反應式為：2SO₄^2--2e^-═S₂O₈^2-，
VO₂⁺轉變?yōu)閂O²⁺，發(fā)生還原反應，應為電解池的陰極，VO₂⁺+2e^-+2H⁺=VO²⁺+H₂O，若電解得1mol（NH₄）₂S₂O₈，則有2mol氫離子被消耗，故電解槽中氫離子濃度減小2mol；
②充電時，陽極失電子發(fā)生氧化反應：VO²⁺+H₂O-e^-=VO₂⁺+2H⁺．

解答 解：經5min反應達平衡，SO₂的平衡轉化率（α）為80%，則
           2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
起始：2.0mol        1.0mol        0
轉化：1.6mol         0.8mol      1.6mol
平衡：0.4mol           0.2mol    1.6mol
則平衡時：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），
故答案為：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，
故答案為：800；
（3）縮小容器體積，壓強增大，正逆反應速率都增大，平衡正向移動，圖象為：；故答案為：；
（4）少量的二氧化硫和氨水反應生成亞硫酸銨，足量二氧化硫和氨水反應生產亞硫酸氫銨，
反應離子方程式為：2NH₃•H₂O+SO₂=2NH₄⁺+SO₃^2-　或NH₃•H₂O+SO₂=NH₄⁺+HSO₃^-；
故答案為：2NH₃•H₂O+SO₂=2NH₄⁺+SO₃^2-　或NH₃•H₂O+SO₂=NH₄⁺+HSO₃^-；
（5）①根據陰陽極反應原理陽極失電子發(fā)生氧化反應，此題實質是電解硫酸銨溶液，2SO₄^2-失電子變成S₂O₈^2-，電極反應式為：2SO₄^2--2e^-═S₂O₈^2-，
VO₂⁺轉變?yōu)閂O²⁺，發(fā)生還原反應，應為電解池的陰極，VO₂⁺+2e^-+2H⁺=VO²⁺+H₂O，若電解得1mol（NH₄）₂S₂O₈，則有2mol氫離子被消耗，
故電解槽中氫離子濃度減小2mol；
故故答案為：2SO₄^2--2e^-═S₂O₈^2-；減��；2；
②充電過程中，陽極失電子發(fā)生還原反應，電極反應式為VO²⁺+H₂O-e^-═VO₂⁺+2H⁺，
故答案為：VO²⁺+H₂O-e^-═VO₂⁺+2H⁺；

點評 本題考查了速率的計算和平衡常數的計算影響平衡的因素及電化學知識，中等難度．注意根據題給信息書寫電極反應式．