Question

硫-氨热化学循环制氢示意图如下：

（1）反应Ⅱ是将太阳能转化为电能，再转化为化学能，电解池阳极的电极反应式  _______________;

（2）反应Ⅲ中控制反应条件很重要，不同条件下硫酸铵分解产物不同。连接装置A-B-C，检查气密性，按图示重新加入试剂。通入N₂排尽空气后，于400℃加热装置A 至(NH₄)₂SO₄完全分解无残留物，停止加热，冷却，停止通入N₂。观察到装置A、B之间的导气管内有少量白色固体。经检验，该白色固体和装置B内溶液中有SO₃^2-，无SO₄^2-。进一步研究发现，气体产物中无氮氧化物。

(NH₄)₂ SO₄在400℃分解的化学方程式是:________________________________________;                    

（3）反应Ⅳ：2H₂SO₄(l)=2SO₂(g)+O₂(g)+2H₂O  (l)   △H=+462kJ/mol

它由两步反应组成：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可分别代表压强或温度。下图表示  L一定时，ii中SO₃(g)的平衡转化率随X的变化关系。

i．X代表的物理量是：________________,

ii．判断L₁、L₂的大小关系，并简述理由：________________________________________;                

②反SO₃分解的热化学方程式为：__________________________________________________;

（4）恒温密闭容器中，控制不同温度进行SO₃分解实验。SO₃起始浓度均为 cmol·L^－1，测定SO₃的转化率，结果如图，图中Ⅰ曲线为SO₃的平衡转化率与温度的关系，Ⅱ曲线表示不同温度下反应经过相同反应时间且未达到化学平衡时SO₃的转化率。

①图中点X点平衡常数：K=_____ ；

②Y点对应温度下的反应速率：v(正)______v(逆)(选填：＞，＜，＝)；随温度的升高，Ⅱ曲线逼近Ⅰ曲线的原因是：_____________________________________。

Answer

（1）SO32--2e-+H2O=SO42-+2H+

（2）3(NH4)2SO4 4NH3↑+ N2↑+3SO2↑+ 6H2O↑

（3）①压强 L1＜L2 SO3分解吸热，在压强相同的情况下，随温度的升高，SO3的转化率增大

②2SO3(g)2SO2(g)+O2(g) △H=+196kJ/mol

（4） ①0.675c ② ＞ 温度升高，反应速率加快，达到平衡所需要的时间缩短

【解析】

试题分析：（1）电解池的阳极发生氧化反应，电极反应式为SO32--2e-+H2O=SO42-+2H+；

（2）硫酸铵在400℃时分解，产物除水蒸气外还有A、B、C三种气体，A是空气中含量最多的单质，则为氮气，B能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，为氨气，C能使品红溶液褪色，为二氧化硫，反应的化学方程式为3(NH4)2SO44NH3↑+N2↑+3SO2↑+6H2O↑；

（3）①i．由图可知，X越大，转化率越低，升高温度转化率增大，则X表示压强，故答案为：压强；

ii．由2SO3(g)=2SO2(g)+O2(g)△H＞0，温度高，转化率大，图中等压强时L2对应的转化率大，则L1＜L2；

②已知反应ii为2SO3(g)=2SO2(g)+O2(g)，根据盖斯定律反应Ⅳ：2H2SO4(l)=2SO2(g)+O2(g)+2H2O(l) 可以看成i×2+ii-iii×2，则SO3分解反应的△H=(462-177×2+44×2)kJ/mol =+196kJ/mol，故SO3分解的热化学方程式为2SO3(g)2SO2(g)+O2(g) △H=+196kJ/mol；

（4） ① 2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)

起始浓度(mol·L－1) c 0 0

变化浓度(mol·L－1) 0.6c 0.6c 0.3c

平衡浓度(mol·L－1) 0.4c 0.6c 0.3c

此时平衡常数K=[(0.6c)2×0.3c]÷(0.4c)2=0.675c；

②Y点时反应还没有达到平衡状态，正向进行，所以正反应速率大于逆反应速率;温度的升高，曲线b向曲线a逼近，反应速率加快，达到平衡时的时间缩短。

考点：考查离子方程式书写、能量转化形式、化学方程式书写、热化学方程式书写、化学平衡等。