Question

14．硫-氨熱化學循環(huán)制氫示意圖如圖1：
（1）反應Ⅱ是將太陽能轉化為電能，再轉化為化學能，電解池陽極的電極反應式SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺；
（2）反應Ⅲ中控制反應條件很重要，不同條件下硫酸銨分解產物不同．連接裝置A-B-C，檢查氣密性，按如圖2所示重新加入試劑．通入N₂排盡空氣后，于400℃加熱裝置A 至（NH₄）₂SO₄完全分解無殘留物，停止加熱，冷卻，停止通入N₂．觀察到裝置A、B之間的導氣管內有少量白色固體．經(jīng)檢驗，該白色固體和裝置B內溶液中有SO₃^2-，無SO₄^2-．進一步研究發(fā)現(xiàn)，氣體產物中無氮氧化物．（NH₄）₂ SO₄在400℃分解的化學方程式是：3（NH₄）₂SO₄$\frac{\underline{\;600℃\;}}{\;}$4NH₃↑+3SO₂↑+6H₂O↑+N₂↑；
（3）反應Ⅳ：2H₂SO₄（l）═2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（l）△H=+462kJ/mol，它由兩步反應組成：i．H₂SO₄（l）═SO₃（g）+H₂O（g）△H=+177kJ/mol
ii．SO₃（g）分解．
iii．H₂O（l）═H₂O（g）△H=+44kJ/mol
①L（L₁、L₂），X可分別代表壓強或溫度．如圖3表示  L一定時，ii中SO₃（g）的平衡轉化率隨X的變化關系．
i．X代表的物理量是：壓強，
ii．判斷L₁、L₂的大小關系，并簡述理由：L₁＜L₂ SO₃分解吸熱，在壓強相同的情況下，隨溫度的升高，SO₃的轉化率增大；
②反SO₃分解的熱化學方程式為：2SO₃（g）═2SO₂（g）+O₂（g）△H=+196kJ/mol；
（4）恒溫密閉容器中，控制不同溫度進行SO₃分解實驗．SO₃起始濃度均為 cmol•L^-1，測定SO₃的轉化率，結果如圖4，圖中Ⅰ曲線為SO₃的平衡轉化率與溫度的關系，Ⅱ曲線表示不同溫度下反應經(jīng)過相同反應時間且未達到化學平衡時SO₃的轉化率．
①圖中點X點處的平衡常數(shù)K=0.675c，
②Y點對應溫度下的反應速率：v_（正）＞v_（逆） （選填：＞，＜，=）；隨溫度的升高，Ⅱ曲線逼近Ⅰ曲線的原因是：溫度升高，反應速率加快，達到平衡所需要的時間縮短．

Answer 1

分析 （1）據(jù)圖分析，反應Ⅱ是太陽能轉化為電能，電解亞硫酸銨生成硫酸銨和氫氣，
（2）反應Ⅲ分析可知，不同條件下硫酸銨分解產物不同，（NH₄）₂SO₄在400℃分解時，有NH₃、SO₂、H₂O生成，S元素化合價降低，根據(jù)電子轉移守恒，只能為N元素化合價升高，氣體產物中無氮氧化物，說明生成N₂，配平書寫方程式；
（3）①i．由圖可知，X．越大，轉化率越低；
ii．分解反應為吸熱反應，溫度高，轉化率大；
②a.2H₂SO₄（l）═2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（l）△H=+462kJ/mol，
b．H₂SO₄（l）═SO₃（g）+H₂O（g）△H=+177kJ/mol
c．H₂O（l）═H₂O（g）△H=+44kJ/mol
蓋斯定律計算2c+a-2b得到SO₃（g）分解的熱化學方程式；
（4）①恒溫密閉容器中，控制不同溫度進行SO₃分解實驗．SO₃起始濃度均為 cmol•L^-1，測定SO₃的轉化率在X點為60%，結合平衡三行計算得到平衡濃度計算得到平衡常數(shù)；
②Y點時反應還沒有達到平衡狀態(tài)，正向進行；溫度的升高，曲線b向曲線a逼近，反應速率加快．

解答 解：（1）反應Ⅱ是太陽能轉化為電能，電解亞硫酸銨生成硫酸銨和氫氣，陽極上是亞硫酸根離子得到電子生成硫酸根離子，電極反應為：SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺，
故答案為；SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺；
（2）分析可知，（NH₄）₂SO₄在400℃分解時，有NH₃、SO₂、H₂O生成，S元素化合價降低，根據(jù)電子轉移守恒，只能為N元素化合價升高，氣體產物中無氮氧化物，說明生成N₂，分解反應方程式為：3（NH₄）₂SO₄$\frac{\underline{\;600℃\;}}{\;}$4NH₃↑+3SO₂↑+6H₂O↑+N₂↑，
故答案為：3（NH₄）₂SO₄$\frac{\underline{\;600℃\;}}{\;}$4NH₃↑+3SO₂↑+6H₂O↑+N₂↑；
（3）①i．由圖可知，X越大，轉化率越低，升高溫度轉化率增大，則X表示壓強，故答案為：壓強；
ii．由2SO₃（g）=2SO₂（g）+O₂（g）△H＞0，在壓強相同的情況下，溫度高，轉化率大，圖中等壓強時L₂對應的轉化率大，則L₁＜L₂，
故答案為：L₁＜L₂     SO₃分解吸熱，在壓強相同的情況下，隨溫度的升高，SO₃的轉化率增大；
②a.2H₂SO₄（l）═2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（l）△H=+462kJ/mol，
b．H₂SO₄（l）═SO₃（g）+H₂O（g）△H=+177kJ/mol
c．H₂O（l）═H₂O（g）△H=+44kJ/mol
蓋斯定律計算2c+a-2b得到SO₃（g）分解的熱化學方程式為2SO₃（g）=2SO₂（g）+O₂（g）△H=+196kJ•mol^-1，
故答案為：2SO₃（g）═2SO₂（g）+O₂（g）△H=+196kJ/mol；
（4）①恒溫密閉容器中，控制不同溫度進行SO₃分解實驗．SO₃起始濃度均為 cmol•L^-1，測定SO₃的轉化率在X點為60%，
                      2SO₃（g）=2SO₂（g）+O₂（g）
起始量（mol） c                0            0
轉化量（mol）0.6c             0.6c       0.3c
平衡量（mol）c-0.6c         0.6c        0.3c
平衡常數(shù)K=$\frac{0.3c×（0.6c）^{2}}{（0.4c）^{2}}$=0.675c，
故答案為：0.675c；
②Y點時反應還沒有達到平衡狀態(tài)，正向進行，所以正反應速率大于逆反應速率，溫度的升高，曲線b向曲線a逼近，反應速率加快，達到平衡時的時間縮短，
故答案為：＞；溫度升高，反應速率加快，達到平衡所需要的時間縮短；

點評 本題考查學生根據(jù)圖象獲取信息的能力，涉及電極式的書寫、化學反應速率、化學平衡影響因素、平衡常數(shù)計算、蓋斯定律等，綜合知識的應用，題目難度中等．