Question

1．已知：工業(yè)上制硫酸在接觸室中發(fā)生的反應(yīng)為：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g），其正反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)．
（1）①相同條件下，2mol SO₂和1mol O₂所具有的能量＞（填“＞”、“＜”或“=”）2mol SO₃具有的能量；
②在相同條件下，若斷開(kāi)2mol SO₂、1molO₂和2mol SO₃中的化學(xué)鍵時(shí)，吸收的能量分別為Q₁、Q₂、Q₃，則Q₁+Q₂＜Q₃（填“＞”、“＜”或“=”）；
③在一定條件下，當(dāng)該反應(yīng)生成2molSO₃時(shí)，放出197kJ的熱量，該條件下，如果將3mol SO₂和1mol O₂混合，使其充分反應(yīng)，放出的熱量＜197kJ（填“＞”、“＜”或“=”），反應(yīng)達(dá)到平衡后，n（SO₂）+n（SO₃）=3mol．
（2）科研人員設(shè)想用如圖所示裝置生產(chǎn)硫酸，

①通入O₂的b極是原電池正極（填“正”或“負(fù)”）；
②電解質(zhì)溶液中陰離子向a極移動(dòng)（填“a”或“b”）；
③負(fù)極反應(yīng)式為2SO₂-4e^-+4H₂O=2SO₄^2-+8H⁺．
（3）將一定量的SO₂和含0.7mol氧氣的空氣（忽略CO₂）放入0.5L密閉容器內(nèi)，550℃時(shí)，在催化劑作用下充分發(fā)生反應(yīng)．測(cè)得n（O₂）隨時(shí)間的變化如下表

時(shí)間/s	0	1	2	3	4	5
n（O2）/mol	0.7	0.4	0.3	x	x	x

反應(yīng)達(dá)到5s后，將容器中的混合氣體通過(guò)過(guò)量NaOH溶液，氣體體積減少了22.4L（此體積為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積）；再將剩余氣體通過(guò)焦性沒(méi)食子酸的堿性溶液吸收O₂，氣體的體積又減少了5.6L（此體積為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積）．
請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
①用O₂表示從1～2s內(nèi)該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率為0.2mol•L^-1•s^-1；
②該反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，SO₂的轉(zhuǎn)化率為90%（用百分?jǐn)?shù)表示）；
③該反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，O₂的體積分?jǐn)?shù)是6.2%（用百分?jǐn)?shù)表示）；
④若反應(yīng)在絕熱密閉系統(tǒng)中進(jìn)行時(shí)，其余條件不變，反應(yīng)速率是先增大后減小，其原因可能是：該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)開(kāi)始后放出的熱量使體系的溫度升高，反應(yīng)速率加快；一段時(shí)間后，隨著濃度的減小，化學(xué)反應(yīng)速率減慢．

Answer 1

分析 （1）①在放熱反應(yīng)中，反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量；
②對(duì)于放熱反應(yīng)，斷裂反應(yīng)物中的化學(xué)鍵所吸收的能量要小于反應(yīng)物中形成化學(xué)鍵所放出的能量；
③由于2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）是可逆反應(yīng)，所以將3mol SO₂和1mol O₂混合，氧氣不可能完全生成三氧化硫，也就是生成的三氧化硫的物質(zhì)的量小于2mol，根據(jù)硫元素守恒分析；
（2）該裝置是原電池，負(fù)極上的物質(zhì)失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，負(fù)極反應(yīng)式為2SO₂-4e^-+4H₂O=2SO₄^2-+8H⁺，正極上的物質(zhì)得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，原電池放電時(shí)，電解質(zhì)溶液中的陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)；
（3）①?gòu)?～2s內(nèi)，氧氣減少了0.4mol-0.3mol=0.1mol，結(jié)合v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算；
②將容器中的混合氣體通過(guò)過(guò)量NaOH溶液，氣體體積減少了22.4L即為1mol，則說(shuō)明混合氣體中二氧化硫和三氧化硫的總物質(zhì)的量為1mol，所以二氧化硫的起始物質(zhì)的量為1mol，剩余氣體通過(guò)焦性沒(méi)食子酸的堿性溶液吸收O₂，氣體的體積又減少了5.6L（此體積為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積），則平衡體系中氧氣為 $\frac{5.6L}{22.4L/mol}$=0.25mol，所以參加反應(yīng)的氧氣的物質(zhì)的量為0.7mol-0.25mol=0.45mol，據(jù)此計(jì)算出參加反應(yīng)的二氧化硫的物質(zhì)的量，進(jìn)而確定轉(zhuǎn)化率；
③0.7mol氧氣的空氣中氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為0.7mol×4=2.8mol，根據(jù)②的分析可知，平衡時(shí)二氧化硫和三氧化硫的總物質(zhì)的量為1mol，氧氣為 0.25mol，據(jù)此可計(jì)算O₂的體積分?jǐn)?shù)；
④若反應(yīng)在絕熱密閉系統(tǒng)中進(jìn)行時(shí)，其余條件不變，反應(yīng)開(kāi)始溫度升高較快，但隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)物的濃度在減小，據(jù)此分析；

解答 解：（1）①在放熱反應(yīng)中，反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量，所以相同條件下，2mol SO₂和1mol O₂所具有的能量大于2mol SO₃具有的能量，
故答案為：＞；
②對(duì)于放熱反應(yīng)，斷裂反應(yīng)物中的化學(xué)鍵所吸收的能量要小于反應(yīng)物中形成化學(xué)鍵所放出的能量，所以Q₁+Q₂＜Q₃，
故答案 為：＜；
③由于2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）是可逆反應(yīng)，所以將3mol SO₂和1mol O₂混合，氧氣不可能完全生成三氧化硫，也就是生成的三氧化硫的物質(zhì)的量小于2mol，所以放出的熱量＜197kJ，根據(jù)硫元素守恒可知，反應(yīng)達(dá)到平衡后，n（SO₂）+n（SO₃）=3mol，
故答案為：＜；3mol；
（2）該裝置是原電池，負(fù)極上的物質(zhì)失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，負(fù)極反應(yīng)式為2SO₂-4e^-+4H₂O=2SO₄^2-+8H⁺，正極上的物質(zhì)得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，原電池放電時(shí)，電解質(zhì)溶液中的陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)，
①根據(jù)上面的分析可知，通入O₂的b極是原電池 正極，
故答案為：正；
②電解質(zhì)溶液中陰離子向負(fù)極移動(dòng)即a極，
故答案為：a；
③根據(jù)上面的分析可知，負(fù)極反應(yīng)式為2SO₂-4e^-+4H₂O=2SO₄^2-+8H⁺，
故答案為：2SO₂-4e^-+4H₂O=2SO₄^2-+8H⁺；
（3）①?gòu)?～2s內(nèi)，氧氣減少了0.4mol-0.3mol=0.1mol，所以O(shè)₂表示從1～2s內(nèi)該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率為$\frac{\frac{0.1mol}{0.5L}}{1s}$=0.2mol•L^-1•s^-1，
故答案為：0.2mol•L^-1•s^-1；
②將容器中的混合氣體通過(guò)過(guò)量NaOH溶液，氣體體積減少了22.4L即為1mol，則說(shuō)明混合氣體中二氧化硫和三氧化硫的總物質(zhì)的量為1mol，所以二氧化硫的起始物質(zhì)的量為1mol，剩余氣體通過(guò)焦性沒(méi)食子酸的堿性溶液吸收O₂，氣體的體積又減少了5.6L（此體積為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積），則平衡體系中氧氣為 $\frac{5.6L}{22.4L/mol}$=0.25mol，所以參加反應(yīng)的氧氣的物質(zhì)的量為0.7mol-0.25mol=0.45mol，則參加反應(yīng)的二氧化硫的物質(zhì)的量為0.9mol，所以達(dá)到平衡時(shí)，SO₂的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.9mol}{1mol}$×100%=90%，
故答案為：90%；
③0.7mol氧氣的空氣中氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為0.7mol×4=2.8mol，根據(jù)②的分析可知，平衡時(shí)二氧化硫和三氧化硫的總物質(zhì)的量為1mol，氧氣為 0.25mol，所以O(shè)₂的體積分?jǐn)?shù)為$\frac{0.25mol}{2.8mol+1mol+0.25mol}$×100%=6.2%，
故答案為：6.2%；
④該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，若反應(yīng)在絕熱密閉系統(tǒng)中進(jìn)行時(shí)，其余條件不變，反應(yīng)開(kāi)始溫度升高較快，但隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)物的濃度在減小，所以反應(yīng)速率是先增大后減小，
故答案為：該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)開(kāi)始后放出的熱量使體系的溫度升高，反應(yīng)速率加快；一段時(shí)間后，隨著濃度的減小，化學(xué)反應(yīng)速率減慢．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡的計(jì)算，涉及反應(yīng)速率、濃度、轉(zhuǎn)化率及利用原子守恒的計(jì)算、原電池原理，側(cè)重分析能力、計(jì)算能力的綜合考查，注意把握習(xí)題中的信息判斷平衡時(shí)各物質(zhì)的量，題目難度中等．