近年來,研究人員提出利用含硫物質熱化學循環實現太陽能的轉化與存儲。過程如圖:(1)反應Ⅰ:2H2SO4(l)=...
問題詳情:
近年來,研究人員提出利用含硫物質熱化學循環實現太陽能的轉化與存儲。過程如圖:
(1)反應Ⅰ:2H2SO4(l)=2SO2(g)+2H2O(g)+O2(g)ΔH1=+551kJ·mol-1
反應Ⅲ:S(s)+O2(g)=SO2(g)ΔH3=-297kJ·mol-1
反應Ⅱ的化學方程式為___,標準狀況下每有6.72L的SO2發生反應,釋放的能量為___kJ。
(2)對反應Ⅱ,在某一投料比時,兩種壓強下,H2SO4在平衡體系中物質的量分數隨温度的變化關係如圖所示。
p2___p1(填“>”或“<”),得出該結論的理由是___。
(3)I-可以作為水溶液中SO2歧化反應的催化劑,可能的催化過程如下:
2+4H++4I-=S↓+2I2+2H2O
ii.I2+2H2O+SO2=4H++4I-+SO
探究i、ii反應速率與SO2歧化反應速率的關係,實驗如下:分別將18mLSO2飽和溶液加入到2mL下列試劑中,密閉放置觀察現象。
序號 | A | B | C |
試劑組成 | 0.4mol·L-1KI | 0.2mol·L-1H2SO4 | amol·L-1KI,0.2mol·L-1 H2SO4 |
實驗現象 | 溶液變黃,一段時間後出現渾濁 | 無明顯現象 | 溶液變黃,出現渾濁較A快 |
①C是A的對比實驗,則a=___。
②設計實驗B、C的目的:___。
【回答】
3SO2+2H2O=2H2SO4+S 25.4kJ > 反應Ⅱ是氣體物質的量減小的反應,温度一定時,增大壓強使反應正向移動,H2SO4的物質的量增大,體系總物質的量減小,H2SO4的物質的量分數增大 0.4 H+單獨存在時不具有催化作用,但H+可以加快歧化反應速率
【分析】
(1)根據圖式書寫反應Ⅱ的方程式;根據蓋斯定律計算出反應Ⅱ的焓變再計算。
(2) 反應Ⅱ是氣體物質的量減小的反應,根據相同温度下,壓強對平衡的影響,結合圖像分析解答;
(3)①C是A的對比實驗,所用c(KI)應該相等;②比較A、B、C,A中只含KI、B中只含硫*、C中含有KI和硫*,反應快慢順序是C>A>B,且B中沒有明顯現象,説明未發生反應,C中含有*導致其反應速率加快,據此分析解答。
【詳解】
(1)根據圖示,反應Ⅱ為3SO2(g)+2H2O(g)=2H2SO4(l)+S(s);將I-Ⅲ得3SO2(g)+2H2O(g)=2H2SO4(l)+S(s),△H=-(+551kJ•mol-1)-(-297kJ•mol-1)=-254kJ/mol,標準狀況下6.72L的SO2的物質的量為=0.3mol,因此0.3mol發生反應釋放的能量為×254kJ/mol=25.4kJ,故*為:3SO2+2H2O=2H2SO4+S ;25.4kJ;
(2)相同温度下,增大壓強,3SO2+2H2O⇌2H2SO4+S平衡正向移動,導致硫*在平衡體系中物質的量分數增大,根據圖知,相同温度下,達到平衡狀態時硫*含量:p1<p2,説明壓強p2>p1,故*為:>;反應Ⅱ是氣體物質的量減小的反應,温度一定時,增大壓強使反應正向移動,H2SO4的物質的量增大,體系總物質的量減小,H2SO4的物質的量分數增大;
(3)①C是A的對比實驗,所用c(KI)應該相等,否則無法得出正確結論,所以a=0.4,故*為:0.4;
②比較A、B、C,A中只含KI、B中只含硫*、C中含有KI和硫*,反應快慢順序是C>A>B,且B中沒有明顯現象,説明未發生反應,C中含有*導致其反應速率加快,因此設計實驗B、C的目的是H+單獨存在時不具有催化作用,但H+可以加快歧化反應速率,故*為:H+單獨存在時不具有催化作用,但H+可以加快歧化反應速率。
【點睛】
本題的易錯點和難點為(3),要注意作對比實驗時應該只有一個條件不同,其它條件需要完全相同。
知識點:化學平衡圖像分析
題型:綜合題