Question

14．利用原電池原理合成硫酸成為可能，如圖利用SO₂和O₂制備硫酸．其中A、B為多孔材料，可吸附氣體．回答下列問題．
（1）A極充入物質(zhì)為氧氣，B極的電極反應(yīng)為SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺．
（2）B極在30min后，共充入標(biāo)況下11.2L氣體時(shí)，則通過外電路電流為（已知電子電量e=1.60×10^-19C）53.5庫侖
（3）某溫度下，SO₂（g）+1/2O₂（g）═SO₃（g）△H=-98kJ•mol^-1．開始時(shí)在10L的密閉容器中加入4.0molSO₂（g）和5.0molO₂（g），當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)共放出熱量196kJ，SO₂的轉(zhuǎn)化率是50%；該溫度下平衡常數(shù)K=2.5L/mol．

Answer 1

分析 （1）SO₂與O₂反應(yīng)生成SO₃，SO₃再與水化合生成硫酸，根據(jù)硫酸的出口判斷正負(fù)極，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，原電池放電時(shí)，電解質(zhì)溶液中陽離子向正極移動(dòng)；
（2）B極的電極反應(yīng)為：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺；充入標(biāo)況下11.2L即0.5mol氣體時(shí)，轉(zhuǎn)移電子是1mol，根據(jù)公式Q=It來計(jì)算；
（3）根據(jù)三行式結(jié)合轉(zhuǎn)化率和化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式來計(jì)算即可．

解答 解：該原電池中，負(fù)極上失電子被氧化，所以負(fù)極上投放的氣體是二氧化硫，二氧化硫失電子和水反應(yīng)生成硫酸根離子和氫離子，正極上投放的氣體是氧氣，正極上氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水，根據(jù)硫酸和水的出口方向知，B極是負(fù)極，A極是正極，
（1）根據(jù)以上分析，A極是正極充入物質(zhì)為氧氣，B極的電極反應(yīng)為：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺，故答案為：氧氣；SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺；
（2）B極的電極反應(yīng)為：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺；充入標(biāo)況下11.2L即0.5mol氣體時(shí)，轉(zhuǎn)移電子是1mol，通過外電路電流為（已知電子電量e=1.60×10^-19C）I=$\frac{Q}{t}$=$\frac{1.6×1{0}^{-19}×6.02×1{0}^{23}}{30×60}$庫侖≈53.5庫侖，故答案為：53.5庫侖；
（3）某溫度下，SO₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?SO₃（g）；△H=-98kJ•mol-1．開始時(shí)在10L的密閉容器中加入4.0molSO₂（g）和5.0molO₂（g），當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)共放出熱量196kJ，消耗二氧化硫物質(zhì)的量為2mol，
            2 SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196kJ•mol-1．
起始量（mol） 4       5          0
變化量（mol） 2       1          2
平衡量（mol） 2       4          2
該溫度下平衡常數(shù)K=$\frac{（\frac{2}{10}）^{2}}{（\frac{2}{10}）^{2}×\frac{4}{10}}$=2.5L/mol，$\frac{2}{4}$×100%=50%，
故答案為：50%；2.5L/mol．

點(diǎn)評 本題涉及燃料電池的工作原理以及電極反應(yīng)式的書寫、化學(xué)平衡三行式的計(jì)算等方面的知識(shí)，屬于綜合知識(shí)的考查，難度中等．