Question

14．硫-氨熱化學(xué)循環(huán)制氫示意圖如圖1：
（1）反應(yīng)Ⅱ是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，再轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，電解池陽(yáng)極的電極反應(yīng)式SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺；
（2）反應(yīng)Ⅲ中控制反應(yīng)條件很重要，不同條件下硫酸銨分解產(chǎn)物不同．連接裝置A-B-C，檢查氣密性，按如圖2所示重新加入試劑．通入N₂排盡空氣后，于400℃加熱裝置A 至（NH₄）₂SO₄完全分解無(wú)殘留物，停止加熱，冷卻，停止通入N₂．觀察到裝置A、B之間的導(dǎo)氣管內(nèi)有少量白色固體．經(jīng)檢驗(yàn)，該白色固體和裝置B內(nèi)溶液中有SO₃^2-，無(wú)SO₄^2-．進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，氣體產(chǎn)物中無(wú)氮氧化物．（NH₄）₂ SO₄在400℃分解的化學(xué)方程式是：3（NH₄）₂SO₄$\frac{\underline{\;600℃\;}}{\;}$4NH₃↑+3SO₂↑+6H₂O↑+N₂↑；
（3）反應(yīng)Ⅳ：2H₂SO₄（l）═2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（l）△H=+462kJ/mol，它由兩步反應(yīng)組成：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可分別代表壓強(qiáng)或溫度．如圖3表示  L一定時(shí)，ii中SO₃（g）的平衡轉(zhuǎn)化率隨X的變化關(guān)系．
i．X代表的物理量是：壓強(qiáng)，
ii．判斷L₁、L₂的大小關(guān)系，并簡(jiǎn)述理由：L₁＜L₂ SO₃分解吸熱，在壓強(qiáng)相同的情況下，隨溫度的升高，SO₃的轉(zhuǎn)化率增大；
②反SO₃分解的熱化學(xué)方程式為：2SO₃（g）═2SO₂（g）+O₂（g）△H=+196kJ/mol；
（4）恒溫密閉容器中，控制不同溫度進(jìn)行SO₃分解實(shí)驗(yàn)．SO₃起始濃度均為 cmol•L^-1，測(cè)定SO₃的轉(zhuǎn)化率，結(jié)果如圖4，圖中Ⅰ曲線(xiàn)為SO₃的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系，Ⅱ曲線(xiàn)表示不同溫度下反應(yīng)經(jīng)過(guò)相同反應(yīng)時(shí)間且未達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)SO₃的轉(zhuǎn)化率．
①圖中點(diǎn)X點(diǎn)處的平衡常數(shù)K=0.675c，
②Y點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度下的反應(yīng)速率：v_（正）＞v_（逆） （選填：＞，＜，=）；隨溫度的升高，Ⅱ曲線(xiàn)逼近Ⅰ曲線(xiàn)的原因是：溫度升高，反應(yīng)速率加快，達(dá)到平衡所需要的時(shí)間縮短．

Answer 1

分析 （1）據(jù)圖分析，反應(yīng)Ⅱ是太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，電解亞硫酸銨生成硫酸銨和氫氣，
（2）反應(yīng)Ⅲ分析可知，不同條件下硫酸銨分解產(chǎn)物不同，（NH₄）₂SO₄在400℃分解時(shí)，有NH₃、SO₂、H₂O生成，S元素化合價(jià)降低，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，只能為N元素化合價(jià)升高，氣體產(chǎn)物中無(wú)氮氧化物，說(shuō)明生成N₂，配平書(shū)寫(xiě)方程式；
（3）①i．由圖可知，X．越大，轉(zhuǎn)化率越低；
ii．分解反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，溫度高，轉(zhuǎn)化率大；
②a.2H₂SO₄（l）═2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（l）△H=+462kJ/mol，
b．H₂SO₄（l）═SO₃（g）+H₂O（g）△H=+177kJ/mol
c．H₂O（l）═H₂O（g）△H=+44kJ/mol
蓋斯定律計(jì)算2c+a-2b得到SO₃（g）分解的熱化學(xué)方程式；
（4）①恒溫密閉容器中，控制不同溫度進(jìn)行SO₃分解實(shí)驗(yàn)．SO₃起始濃度均為 cmol•L^-1，測(cè)定SO₃的轉(zhuǎn)化率在X點(diǎn)為60%，結(jié)合平衡三行計(jì)算得到平衡濃度計(jì)算得到平衡常數(shù)；
②Y點(diǎn)時(shí)反應(yīng)還沒(méi)有達(dá)到平衡狀態(tài)，正向進(jìn)行；溫度的升高，曲線(xiàn)b向曲線(xiàn)a逼近，反應(yīng)速率加快．

解答 解：（1）反應(yīng)Ⅱ是太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，電解亞硫酸銨生成硫酸銨和氫氣，陽(yáng)極上是亞硫酸根離子得到電子生成硫酸根離子，電極反應(yīng)為：SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺，
故答案為；SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺；
（2）分析可知，（NH₄）₂SO₄在400℃分解時(shí)，有NH₃、SO₂、H₂O生成，S元素化合價(jià)降低，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，只能為N元素化合價(jià)升高，氣體產(chǎn)物中無(wú)氮氧化物，說(shuō)明生成N₂，分解反應(yīng)方程式為：3（NH₄）₂SO₄$\frac{\underline{\;600℃\;}}{\;}$4NH₃↑+3SO₂↑+6H₂O↑+N₂↑，
故答案為：3（NH₄）₂SO₄$\frac{\underline{\;600℃\;}}{\;}$4NH₃↑+3SO₂↑+6H₂O↑+N₂↑；
（3）①i．由圖可知，X越大，轉(zhuǎn)化率越低，升高溫度轉(zhuǎn)化率增大，則X表示壓強(qiáng)，故答案為：壓強(qiáng)；
ii．由2SO₃（g）=2SO₂（g）+O₂（g）△H＞0，在壓強(qiáng)相同的情況下，溫度高，轉(zhuǎn)化率大，圖中等壓強(qiáng)時(shí)L₂對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)化率大，則L₁＜L₂，
故答案為：L₁＜L₂     SO₃分解吸熱，在壓強(qiáng)相同的情況下，隨溫度的升高，SO₃的轉(zhuǎn)化率增大；
②a.2H₂SO₄（l）═2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（l）△H=+462kJ/mol，
b．H₂SO₄（l）═SO₃（g）+H₂O（g）△H=+177kJ/mol
c．H₂O（l）═H₂O（g）△H=+44kJ/mol
蓋斯定律計(jì)算2c+a-2b得到SO₃（g）分解的熱化學(xué)方程式為2SO₃（g）=2SO₂（g）+O₂（g）△H=+196kJ•mol^-1，
故答案為：2SO₃（g）═2SO₂（g）+O₂（g）△H=+196kJ/mol；
（4）①恒溫密閉容器中，控制不同溫度進(jìn)行SO₃分解實(shí)驗(yàn)．SO₃起始濃度均為 cmol•L^-1，測(cè)定SO₃的轉(zhuǎn)化率在X點(diǎn)為60%，
                      2SO₃（g）=2SO₂（g）+O₂（g）
起始量（mol） c                0            0
轉(zhuǎn)化量（mol）0.6c             0.6c       0.3c
平衡量（mol）c-0.6c         0.6c        0.3c
平衡常數(shù)K=$\frac{0.3c×（0.6c）^{2}}{（0.4c）^{2}}$=0.675c，
故答案為：0.675c；
②Y點(diǎn)時(shí)反應(yīng)還沒(méi)有達(dá)到平衡狀態(tài)，正向進(jìn)行，所以正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率，溫度的升高，曲線(xiàn)b向曲線(xiàn)a逼近，反應(yīng)速率加快，達(dá)到平衡時(shí)的時(shí)間縮短，
故答案為：＞；溫度升高，反應(yīng)速率加快，達(dá)到平衡所需要的時(shí)間縮短；

點(diǎn)評(píng) 本題考查學(xué)生根據(jù)圖象獲取信息的能力，涉及電極式的書(shū)寫(xiě)、化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡影響因素、平衡常數(shù)計(jì)算、蓋斯定律等，綜合知識(shí)的應(yīng)用，題目難度中等．