Question

【題目】近年來，研究人員提出利用含硫物質(zhì)熱化學循環(huán)實現(xiàn)太陽能的轉(zhuǎn)化與存儲。過程如圖：

（1）反應Ⅰ：2H2SO4(l)=2SO2(g)＋2H2O(g)＋O2(g) ΔH=＋551kJ·mol-1

反應Ⅲ：S(s)＋O2(g)=SO2(g) ΔH=－297kJ·mol-1

反應Ⅱ的熱化學方程式：__。

（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(zhì)的量分數(shù)隨溫度的變化關(guān)系如圖所示。p2__p1(填“>”或“<”)，得出該結(jié)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。將ii補充完整。

i．SO2＋4I-＋4H+=S↓＋2I2＋2H2O

ii.I2＋2H2O＋__=__＋__＋2I-

（4）探究i、ii反應速率與SO2歧化反應速率的關(guān)系，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(xiàn)象。(已知：I2易溶解在KI溶液中)

序號	A	B	C	D
試劑組成	0.4mol·L-1KI	amol·L-1KI 0.2mol·L－1H2SO4	0.2mol·L-1H2SO4	0.2mol·L-1KI 0.0002molI2
實驗現(xiàn)象	溶液變黃，一段時間后出現(xiàn)渾濁	溶液變黃，出現(xiàn)渾濁較A快	無明顯現(xiàn)象	溶液由棕褐色很快褪色，變成黃色，出現(xiàn)渾濁較A快

①B是A的對比實驗，則a=__。

②比較A、B、C，可得出的結(jié)論是__。

③實驗表明，SO2的歧化反應速率D>A。結(jié)合i、ii反應速率解釋原因：___。

Answer 1

【答案】3SO2(g)＋2H2O(g)=2H2SO4(l)＋S(s) ΔH2=-254kJ·mol-1 > 反應Ⅱ是氣體物質(zhì)的量減小的反應，溫度一定時，增大壓強使反應正向移動，H2SO4的物質(zhì)的量增大，體系總物質(zhì)的量減小，H2SO4的物質(zhì)的量分數(shù)增大 SO2 SO42- 4H+ 0.4 I-是SO2歧化反應的催化劑，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 反應ii比i快；D中由反應ii產(chǎn)生的H＋使反應i加快

【解析】

（1）根據(jù)流程圖，反應Ⅱ是二氧化硫和水反應生成硫酸和硫單質(zhì)，利用蓋斯定律計算焓變；

（2）3SO2(g)＋2H2O(g)=2H2SO4(l)＋S(s)正反應氣體物質(zhì)的量減小，加壓平衡正向移動；

(3)二氧化硫的歧化反應可由i與ii相加所得；

(4)根據(jù)控制變量法分析；

(1)由于反應Ⅱ是二氧化硫的歧化反應，且由題意可知其氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物分別為H2SO4和S，根據(jù)得失電子守恒和元素守恒可寫出反應Ⅱ的化學方程式為：3SO2(g)＋2H2O(g)=2H2SO4(l)＋S(s)。根據(jù)蓋斯定律，反應I與反應Ⅲ的熱化學方程式相加得：2H2SO4(l)＋S(s)=3SO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝＋254 kJ·mol－1，所以反應Ⅱ的熱化學方程式為：3SO2(g)＋2H2O(g)=2H2SO4(l)＋S(s)　ΔH2＝－254 kJ·mol－1。

（2）3SO2(g)＋2H2O(g)=2H2SO4(l)＋S(s)是氣體物質(zhì)的量減小的反應，溫度一定時，增大壓強，該反應正向移動，H2SO4物質(zhì)的量分數(shù)增大，所以p2＞p1；

(3)由題意知二氧化硫的歧化反應可由i與ii相加所得，所以反應Ⅱ的離子方程式3SO2＋2H2O=4H＋＋2SO42-＋S↓減去i式得：2I2＋4H2O＋2SO2=2 SO42-＋8H＋＋4I－，化簡得到：I2＋2H2O＋SO2=SO42-＋4H＋＋2I－。

(4)①由于B是A的對比實驗，所以兩組實驗中KI的濃度必須相同，即a＝0.4。

②A說明I－能催化二氧化硫發(fā)生歧化反應。C中無明顯現(xiàn)象，說明H＋單獨存在時不具有催化作用，不能使二氧化硫歧化反應速率加快。B中溶液變黃，出現(xiàn)渾濁較A快，結(jié)合C可知，增強溶液的酸性，可增強I－的催化效果。

③由于I－催化二氧化硫的歧化反應是i與ii兩個過程分步進行，所以兩個反應中任何一個反應的速率都會影響總反應的速率。D中直接加入I2，故反應ii可立即發(fā)生，而由反應ii產(chǎn)生的H＋可使反應i速率加快，所以D的反應速率比A快。