Question

某条件下2SO₂(g)+O₂(g)2SO₃(g)反应过程的能量变化如图所示。

请回答下列问题:

(1)该条件下将5molSO₂和2molO₂通入2L的恒容密闭容器中发生反应。2min反应达到平衡，测得反应物O₂剩余1.5mol，此时用O₂表示该反应的速率为___mol/(L·min)，反应__(填“放出”或“吸收”)的热量为_____(含E₁、E₂或E₃的表达式)；

(2)下列叙述中能证明该反应已达化学平衡状态的是___(填数字序号)；

①容器内气体所含的原子总数不再发生变化

②SO₂的浓度不再发生变化

③相同时间内消耗2nmolSO₂的同时生成nmolO₂

(3)若以如图所示装置将SO₂、O₂以一定压强喷到活性电极上反应可生产硫酸。该装置中电子由____(填“A”或“B”)电极流出。为持续稳定生产，硫酸溶液的浓度应维持49%不变，则通入SO₂和水的质量比为________。

Answer

0.125 放出 0.5E3kJ或0.5(E2-E1)kJ ②③ A 8:15

【解析】

(1)根据速率公式计算；先根据反应热、方程式写出相应的热化学方程式，再根据热化学方程式计算放出的热量；

(2)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；

(3)根据正负极上得失电子写出相应的电极反应式，找出电池总反应，判断电子由负极A流出；为维持浓度不变，结合原电池的本质是2SO2+O2+2H2O=2H2SO4，SO2和O2反应生成硫酸的质量分数是49%，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×)。

(1)用O2表示该反应的速率为 =0.125mol/(L·min)，由图2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) △H=反应物吸收的能量-生成物放出的能量=-E3kJ·mol－1=-(E2-E1)kJ·mol－1，则0.5molO2反应放出的热量为：0.5E3或0.5(E2-E1)kJ(含E1、E2或E3的表达式)；故答案为：0.125；放出；0.5E3或0.5(E2-E1)kJ；

(2)①根据原子守恒，各元素的原子总数始终不变，容器内气体所含的原子总数不再发生变化，不能判断是否达到平衡，故①不选；

②SO2的浓度不再发生变化，说明体系各物质的含量不变，故②选；

③相同时间内消耗2nmolSO2相当于消耗nmolO2，同时生成nmolO2，正逆反应速率相等，故③选；

故答案为：②③；

(3)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═SO+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，该装置中电子由A(负极)电极流出。为维持浓度不变，结合原电池的本质是2SO2+O2+2H2O=2H2SO4，SO2和O2反应生成硫酸的质量分数是49%，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×)=8：15，故答案为：A； 8：15。