Question

近年来，研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。过程如下：

（1）反应Ⅰ：2H₂SO₄(l)=2SO₂(g)+2H₂O(g)+O₂(g)  ΔH₁=+551 kJ·mol^－1

反应Ⅲ：S(s)+O₂(g)=SO₂(g)  ΔH₃=－297 kJ·mol^－1

反应Ⅱ的热化学方程式：_________________________________________。

（2）对反应Ⅱ，在某一投料比时，两种压强下，H₂SO₄在平衡体系中物质的量分数随温度的变化关系如图所示。

p₂_______p ₁（填“＞”或“＜”），得出该结论的理由是________________。

（3）I^－可以作为水溶液中SO₂歧化反应的催化剂，可能的催化过程如下。将ii补充完整。

i．SO₂+4I^－+4H⁺===S↓+2I₂+2H₂O

ii．I₂+2H₂O+_________===_________+_______+2I^－

（4）探究i、ii反应速率与SO₂歧化反应速率的关系，实验如下：分别将18 mL SO₂饱和溶液加入到2 mL下列试剂中，密闭放置观察现象。（已知：I₂易溶解在KI溶液中）

	A	B	C	D
试剂组成	0.4 mol·L^－1KI	a mol·L^－1KI 0.2 mol·L^－1H2SO4	0.2 mol·L^－1H2SO4	0.2 mol·L^－1KI 0.0002 mol I2
实验现象	溶液变黄，一段时间后出现浑浊	溶液变黄，出现浑浊较A快	无明显现象	溶液由棕褐色很快褪色，变成黄色，出现浑浊较A快

①B是A的对比实验，则a=__________。

②比较A、B、C，可得出的结论是______________________。

③实验表明，SO₂的歧化反应速率D＞A，结合i、ii反应速率解释原因：________________。

Answer

3SO2(g)+2H2O (g)=2H2SO4 (l)+S(s) ΔH2=−254 kJ·mol−1 >反应Ⅱ是气体物质的量减小的反应，温度一定时，增大压强使反应正向移动，H2SO4 的物质的量增大，体系总物质的量减小，H2SO4的物质的量分数增大SO2 SO42—4H+0.4I−是SO2歧化反应的催化剂，H+单独存在时不具有催化作用，但H+可以加快歧化反应速率反应ii比i快；D中由反应ii产生的H+使反应i加快

【解析】

（1）应用盖斯定律结合反应II分析。

（2）采用“定一议二”法，根据温度相同时，压强与H2SO4物质的量分数判断。

（3）依据催化剂在反应前后质量和化学性质不变，反应i+反应ii消去I-得总反应。

（4）用控制变量法对比分析。

（1）根据过程，反应II为SO2催化歧化生成H2SO4和S，反应为3SO2+2H2O=2H2SO4+S。应用盖斯定律，反应I+反应III得，2H2SO4（l）+S（s）=3SO2（g）+2H2O（g）ΔH=ΔH1+ΔH3=（+551kJ/mol）+（-297kJ/mol）=+254kJ/mol，反应II的热化学方程式为3SO2（g）+2H2O（g）=2H2SO4（l）+S（s）ΔH=-254kJ/mol。

（2）在横坐标上任取一点，作纵坐标的平行线，可见温度相同时，p2时H2SO4物质的量分数大于p1时；反应II是气体分子数减小的反应，增大压强平衡向正反应方向移动，H2SO4物质的量增加，体系总物质的量减小，H2SO4物质的量分数增大；则p2p1。

（3）反应II的总反应为3SO2+2H2O=2H2SO4+S，I-可以作为水溶液中SO2歧化反应的催化剂，催化剂在反应前后质量和化学性质不变，（总反应-反应i）2得，反应ii的离子方程式为I2+2H2O+SO2=4H++SO42-+2I-。

（4）①B是A的对比实验，采用控制变量法，B比A多加了0.2mol/LH2SO4，A与B中KI浓度应相等，则a=0.4。

②对比A与B，加入H+可以加快SO2歧化反应的速率；对比B与C，单独H+不能催化SO2的歧化反应；比较A、B、C，可得出的结论是：I−是SO2歧化反应的催化剂，H+单独存在时不具有催化作用，但H+可以加快歧化反应速率。

③对比D和A，D中加入KI的浓度小于A，D中多加了I2，反应i消耗H+和I-，反应ii中消耗I2，D中“溶液由棕褐色很快褪色，变成黄色，出现浑浊较A快”，反应速率DA，由此可见，反应ii比反应i速率快，反应ii产生H+使c（H+）增大，从而反应i加快。