Question

利用催化氧化反应将SO₂转化为SO₃是工业上生产硫酸的关键步骤．T℃时反应2SO₂（g）+O₂（g）2SO₃（g）过程中的能量变化如图所示，回答下列问题．
（1）写出该反应的热化学方程式（用E₁、E₂或E₃表示，下同）______．
（2）T℃时将3molSO₂和1molO₂通入体积为2L的恒温恒容密闭容器中，发生反应．2min时反应达到平衡，此时测得反应物O₂还剩余0.1mol，则达到平衡时SO₂的转化率为______，反应______（填“放出”或“吸收”）______热量．（用E₁、E₂或E₃表示）
（3）下列叙述能证明该反应已达化学平衡状态的是______（填序号）
①SO₂的体积分数不再发生变化    ②容器内压强不再发生变化   ③容器内气体原子总数不再发生变化   ④相同时间内消耗2n molSO₂的同时生成n molO₂   ⑤相同时间内消耗2n molSO₂的同时生成2n molSO₃
（4）在反应体系中加入催化剂，反应速率增大，E₁、E₂和E₃的变化是：E₁______，E₂______，E₃______（填“增大”“减小”或“不变”）．
（5）若以如图所示装置，用电化学原理生产硫酸，将SO₂、O₂以一定压强喷到活性电极上反应．写出两电极的电极反应式：______，为稳定持续生产，硫酸溶液的浓度应维持不变，则通入SO₂和水的质量比为______．
（6）SOCl₂是一种无色液体，可与碳共同构成锂电池的正极材料，且其放电时也有SO₂气体产生．写出SOCl₂在电池中放电时的电极反应式______．

Answer

（1）根据反应热、方程式写出相应的热化学方程式；
（2）根据转化率=×100%计算；根据反应热与二氧化硫的关系式计算反应热；
（3）根据化学平衡状态的特征分析，当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、质量、体积分数以及百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化，做题时要注意方程式前后气体的化学计量数的关系；
（4）催化剂能改变反应的路径，使发生反应所需的活化能降低；
（5）根据正负极上得失电子写出相应的电极反应式；
（6）根据原电池的电池反应式的书写规则书写．
【解析】
（1）△H=反应物吸收的能量-生成物放出的能量═-E3kJ/mol=-（E2-E1）kJ/mol，
故答案为：2SO2（g）+O2（g）⇌2SO3（g）△H=-E3kJ/mol 或△H=-（E2-E1）kJ/mol
（2）从图象知，反应物的能量大于生成物的能量，所以该反应是放热反应．
               2SO2（g）+O2（g）⇌2SO3（g）      放热 E3 
     反应开始 3 mol     1mol         0               E3
        转化 1.8 mol    0.9mol     1.8 mol        0.9E 3
        平衡 1.2mol     0.1mol     1.8 mol 
  所以SO2的转化率=×100%=60%
放出热量 0.9E 3
故答案为：60%；放出； 0.9 E3；
（3）该反应前后气体体积减小，化学平衡状态的标志：正逆反应速率相等、体系各物质的含量不变．
①②④符合条件；根据原子守恒，各元素的原子总数始终不变，故③错；⑤所指方向一致，故⑤错．
故选：①②④；
（4）加入催化剂，改变了反应历程，改变反应速率，但平衡不移动，所以E2、E1 减小，E3不变，
故答案为：E2、E1 减小，E3不变；
（5）根据原电池反应原理，还原剂在负极上发生氧化反应电极反应式为SO2-2e-+2H2O═SO42-+4H+；，氧化剂在正极上发生还原反应电极反应式为O2+4e-+4H+═2H2O，该原电池的本质是2SO2+O2+2H2O=2H2SO4，为维持浓度不变，SO2和O2反应生成硫酸的质量分数是50%，所需的水为反应反应的水和做溶剂的水，所以质量比为=2×64：（2×18+2×98）=16：29
故答案为：+：O2+4e-+4H+═2H2O，-：SO2-2e-+2H2O═SO42-+4H+； 16：29；
（6）SOCl2中S的化合价是+4价，是中间价态，能发生氧化还原反应，反应中有二氧化硫生成，也有S单质生成，电池反应式为2SOCl2+4e-═S+SO2↑+4Cl-，
故答案为：2SOCl2+4e-═S+SO2↑+4Cl-．