Question

7．硫及其化合物對人類的生產(chǎn)和生活有著重要的作用．
（1）重晶石（BaSO₄）高溫煅燒可發(fā)生一系列反應(yīng)，其中部分反應(yīng)如下：
BaSO₄（s）+4C（s）═BaS（s）+4CO（g）△H=+571.2kJ•mol^-1
BaS（s）═Ba（s）+S（s）△H=+460kJ•mol^-1
已知：O₂（g）+2C（s）═2CO（g）△H=-221kJ•mol^-1，
請寫出O₂（g）氧化Ba（s）和S（s）生成1molBaSO₄（s）的熱化學(xué)方程式Ba（s）+S（s）+2O₂（g）=BaSO₄（s）△H=-1473.2kJ/mol．
（2）二氧化硫在一定條件下還可以發(fā)生如下反應(yīng)：SO₂ （g）+NO₂（g）?SO₃（g）+NO （g）△H=-42kJ•mol^-1．在1L 恒容密閉容器中充入SO₂（g） 和NO₂ （g），所得實驗數(shù)據(jù)如表：

實驗 編號	溫度	起始時物質(zhì)的量/mol		平衡時物質(zhì)的量/mol
		n（SO2）	n（NO2）	n（NO）
甲	T1	0.80	0.20	0.18
乙	T2	0.20	0.80	0.16
丙	T2	0.20	0.30	a

①實驗甲中，若2min 時測得放出的熱量是4.2kJ，則0→2min時間內(nèi)，用SO₂（g）表示的平均反應(yīng)速率υ（SO₂）=0.05mol/（L•min）
②實驗丙中，達到平衡時，NO₂的轉(zhuǎn)化率為40%；a=0.12
③由表中數(shù)據(jù)可推知，T₁＜T₂（填“＞”“＜”或“=”），判斷的理由是T₁時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K₁=2.6，T₂時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K₂=1，該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以T₁＜T₂ ．
（3）甲烷在熔融固體氧化物中形成的燃料電池，其工作原理如圖所示．
a是電池的正極（填“正”或“負”），b極的電極反應(yīng)式為CH₄+4O^2--8e^-=CO₂+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）O₂（g）氧化Ba（s）和S（s）生成1molBaSO₄（s），反應(yīng)的方程式為：Ba（s）+S（s）+2O₂（g）=BaSO₄（s），反應(yīng)可由已知焓變的熱化學(xué)方程式推導(dǎo)，根據(jù)蓋斯定律計算此反應(yīng)的焓變；
（2）①二氧化硫在一定條件下發(fā)生反應(yīng)：SO₂ （g）+NO₂（g）?SO₃（g）+NO （g）△H=-42kJ/mol，焓變表示1mol反應(yīng)物完全反應(yīng)時候的焓變，實驗甲中，若2min 時測得放出的熱量是4.2kJ，則反應(yīng)消耗了反應(yīng)物為$\frac{4.2}{42}=0.1mol$，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率公式$v（S{O}_{2}）=\frac{△n}{V△t}$計算即可；
②根據(jù)實驗乙中的數(shù)據(jù)，可計算在溫度為T₂時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)，根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)可以計算實驗丙中達到平衡時，NO₂的轉(zhuǎn)化率和平衡時的NO的物質(zhì)的量；
③SO₂和NO₂是等計量參加反應(yīng)，甲和乙的初始反應(yīng)物的量可以視為等效的，平衡時，甲中NO的量多于乙中NO的量，表明甲相對于乙平衡向正反應(yīng)方向移動，由于反應(yīng)的焓變△H＜0，據(jù)此分析溫度變化給化學(xué)平衡帶來的影響；
（3）甲烷在熔融固體氧化物中形成的燃料電池，根據(jù)工作原理圖，O^2-起著傳導(dǎo)作用，a電極為氧化劑參與的反應(yīng)，氧化劑應(yīng)為得到電子被還原，因此在原電池中，a電極為得到電子的電極，充當正極；b電極為負極，發(fā)生的電極反應(yīng)為甲烷與氧離子反應(yīng)失去電子，生成二氧化碳和水．

解答 解：（1）①BaSO₄（s）+4C（s）═BaS（s）+4CO（g）△H₁=+571.2kJ/mol；
               ②BaS（s）═Ba（s）+S（s）△H₂=+460kJ/mol；
               ③O₂（g）+2C（s）═2CO（g）△H₃=-221kJ/mol；
O₂（g）氧化Ba（s）和S（s）生成1molBaSO₄（s），反應(yīng)方程式為：Ba（s）+S（s）+2O₂（g）=BaSO₄（s），
該反應(yīng)可由③×2-②-①可得，根據(jù)蓋斯定律，該反應(yīng)的焓變?yōu)椤鱄=2△H₃-△H₂-△H₁=2×（-221）-460-571.2=-1473.2kJ/mol，因此，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：Ba（s）+S（s）+2O₂（g）=BaSO₄（s）△H=-1473.2kJ/mol．
故答案為：Ba（s）+S（s）+2O₂（g）=BaSO₄（s）△H=-1473.2kJ/mol．
（2）①二氧化硫在一定條件下發(fā)生反應(yīng)：SO₂ （g）+NO₂（g）?SO₃（g）+NO （g）△H=-42kJ/mol，焓變表示完全反應(yīng)時候的焓變，實驗甲中，若2min 時測得放出的熱量是4.2kJ，表明各組分均反應(yīng)了0.1mol，則SO₂的物質(zhì)的量改變量為△n=0.1mol，恒容密閉容器的體積為V=1L，反應(yīng)所經(jīng)歷的時間為t=2min，因此以SO₂表示的化學(xué)反應(yīng)的平均速率為$v（S{O}_{2}）=\frac{△n}{V△t}$=$\frac{0.1mol}{1L×2min}$=0.05mol/（L•min）．
故答案為：0.05mol/（L•min）．
②根據(jù)實驗乙中的數(shù)據(jù)，平衡時NO的物質(zhì)的量為0.16mol，根據(jù)反應(yīng)方程式：SO₂ （g）+NO₂（g）?SO₃（g）+NO （g），反應(yīng)物均消耗了0.16mol，生成了SO₃位0.16mol，則平衡時，$c（S{O}_{2}）=\frac{0.2-0.16}{1}=0.04mol/L$，$c（N{O}_{2}）=\frac{0.8-0.16}{1}=0.64mol/L$，$c（NO）=\frac{0.16}{1}=0.16mol/L$，$c（S{O}_{3}）=\frac{0.16}{1}=0.16mol/L$，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為$K=\frac{c（NO）c（S{O}_{3}）}{c（N{O}_{2}）c（S{O}_{2}）}$=$\frac{0.16mol/L×0.16mol/L}{0.64mol/L×0.04mol/L}=1$，溫度不變，平衡常數(shù)也不發(fā)生改變，因此在實驗丙中，K=1，起始時，c（SO₂）=0.2mol/L，c（NO₂）=0.3mol/L，設(shè)反應(yīng)消耗了cmol/L，則平衡時，c（NO₂）=0.3-c，c（SO₂）=0.2-c，c（SO₃）=c（NO）=c，則有$K=\frac{{c}^{2}}{（0.2-c）（0.3-c）}=1$，解得：c=0.12mol/L，因此，平衡時，NO₂的轉(zhuǎn)化率=$\frac{c}{0.3}×100%=40%$，平衡時，NO的物質(zhì)的量為a=0.12mol/L×1L=0.12mol．
故答案為：40%，0.12；
③根據(jù)反應(yīng)的方程式，SO₂和NO₂是等計量參加反應(yīng)，因此甲和乙的初始反應(yīng)物的量可以視為等效的，平衡時，甲中NO的量多于乙中NO的量，表明甲相對于乙平衡向正反應(yīng)方向移動，該反應(yīng)的焓變△H＜0，反應(yīng)是放熱的反應(yīng)，因此降低溫度可使化學(xué)反應(yīng)平衡向正反應(yīng)方向移動，所以T₁＜T₂，分別計算實驗甲和實驗乙的平衡常數(shù)，實驗甲中，平衡時，$c（S{O}_{2}）=\frac{0.8-0.18}{1}=0.62mol/L$，$c（N{O}_{2}）=\frac{0.2-0.18}{1}=0.02mol/L$，$c（S{O}_{3}）=\frac{0.18}{1}=0.18mol/L$，$c（NO）=\frac{0.18}{1}=0.18mol/L$，因此實驗甲的平衡常數(shù)為${K}_{1}=\frac{0.18mol/L×0.18mol/L}{0.02mol/L×0.62mol/L}=2.6$，判斷的利理由是T₁時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K₁=2.6，T₂時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K₂=1，該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以T₁＜T₂．
故答案為：＜，T₁時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K₁=2.6，T₂時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K₂=1，該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以T₁＜T₂．
（3）甲烷在熔融固體氧化物中形成的燃料電池，根據(jù)工作原理圖，O^2-起著傳導(dǎo)作用，由于a電極為氧化劑參與的反應(yīng)，氧化劑應(yīng)為得到電子被還原，因此在原電池中，a電極為得到電子的電極，充當原電池的正極；b電極為負極，發(fā)生的電極反應(yīng)為甲烷與氧離子反應(yīng)失去電子，生成二氧化碳和水，反應(yīng)的方程式為：CH₄+4O^2--8e^-=CO₂+2H₂O．
故答案為：正，CH₄+4O^2--8e^-=CO₂+2H₂O．

點評 本題考查熱化學(xué)方程式的書寫，化學(xué)平衡的移動，化學(xué)平衡常數(shù)的計算與簡單應(yīng)用，電化學(xué)知識．主要內(nèi)容基礎(chǔ)咋化學(xué)原理部分，題目難度不大，是基礎(chǔ)題．