Question

20．硫-氨熱化學循環制氫示意圖如下：

（1）反應1的離子方程式為SO₂+H₂O+2NH₃=2NH₄⁺+SO₃^2-．
（2）反應2能量轉化主要方式為太陽能轉化為電能再轉化為化學能．
（3）反應3中控制反應條件很重要，不同條件下硫酸銨分解產物不同．若在400℃時分解，產物除水蒸氣外還有A、B、C三種氣體，A是空氣中含量最多的單質，B能使濕潤的紅色石蕊試紙變藍，C能使品紅溶液褪色．則400℃時硫酸銨分解的化學方程式為3（NH₄）₂SO₄$\frac{\underline{\;400℃\;}}{\;}$4NH₃↑+N₂↑+3SO₂↑+6H₂O↑．
（4）反應4是由（a）、（b）兩步反應組成：
H₂SO₄（l）=SO₃（g）+H₂O（g），△H=+177kJ•mol^-1…（a）
2SO₃（g）?2SO₂（g）+O₂（g），△H=+196kJ•mol^-1…（b）
①則H₂SO₄（l）分解為SO₂（g）、O₂（g）及H₂O（g）的熱化學方程式為：2H₂SO₄（l）?2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）△H=+550kJ•mol^-1．
②在恒溫密閉容器中，控制不同溫度進行SO₃分解實驗．以SO₃起始濃度均為cmol•L^-1，測定SO₃的轉化率，結果如圖2，圖中Ⅰ曲線為SO₃的平衡轉化率與溫度的關系，Ⅱ曲線表示不同溫度下反應經過相同反應時間且未達到化學平衡時SO₃的轉化率．
（i）圖中點X與點Z的平衡常數K：
K（X）＜ K（Z）（選填：＞，＜，=）；
（ii）Y點對應溫度下的反應速率：
v（正）＞v（逆）（選填：＞，＜，=）；
（iii）隨溫度的升高，Ⅱ曲線逼近Ⅰ曲線的原因是：溫度升高，反應速率加快，達到平衡所需的時間縮短（或溫度升高，反應速率加快，相同時間內更快達到平衡）．

Answer 1

分析 （1）反應1是二氧化硫和氨氣在水中反應生成亞硫酸銨的反應；
（2）據圖分析，反應2是太陽能轉化為電能，電解亞硫酸銨生成硫酸銨和氫氣；
（3）硫酸銨在400℃時分解，產物除水蒸氣外還有A、B、C三種氣體，A是空氣中含量最多的單質，則為氮氣，B能使濕潤的紅色石蕊試紙變藍，為氨氣，C能使品紅溶液褪色，為二氧化硫；
（4）①利用已知熱化學方程式，據蓋斯定律書寫H₂SO₄（l）分解為SO₂（g）、O₂（g）及H₂O（g）的熱化學方程式；
②i）據圖可知，隨溫度的升高，三氧化硫的平衡轉化率增大，說明三氧化硫分解是吸熱反應，溫度越高，平衡常數越大；
ii）Y點時反應還沒有達到平衡狀態，正向進行；
iii）溫度的升高，曲線b向曲線a逼近，反應速率加快．

解答 解：（1）反應1是二氧化硫和氨氣在水中反應生成亞硫酸銨的反應，反應的離子方程式為SO₂+H₂O+2NH₃=2NH₄⁺+SO₃^2-，故答案為：SO₂+H₂O+2NH₃=2NH₄⁺+SO₃^2-；
（2）據圖分析，反應2是太陽能轉化為電能，電解亞硫酸銨生成硫酸銨和氫氣，故答案為：太陽能轉化為電能再轉化為化學能；
（3）硫酸銨在400℃時分解，產物除水蒸氣外還有A、B、C三種氣體，A是空氣中含量最多的單質，則為氮氣，B能使濕潤的紅色石蕊試紙變藍，為氨氣，C能使品紅溶液褪色，為二氧化硫，反應的化學方程式為3（NH₄）₂SO₄$\frac{\underline{\;400℃\;}}{\;}$4NH₃↑+N₂↑+3SO₂↑+6H₂O↑，故答案為：3（NH₄）₂SO₄$\frac{\underline{\;400℃\;}}{\;}$4NH₃↑+N₂↑+3SO₂↑+6H₂O↑；
（4）①已知H₂SO₄（l）=SO₃（g）+H₂O（g），△H=+177kJ•mol^-1…（a）
2SO₃（g）?2SO₂（g）+O₂（g），△H=+196kJ•mol^-1…（b）
據蓋斯定律，2a+b得：2H₂SO₄（l）?2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）△H=+550kJ•mol^-1，
故答案為：2H₂SO₄（l）?2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）△H=+550kJ•mol^-1；
②i）據圖可知，隨溫度的升高，三氧化硫的平衡轉化率增大，說明三氧化硫分解是吸熱反應，溫度越高，平衡常數越大，所以K（X）＜K（Z），故答案為：＜；
ii）Y點時反應還沒有達到平衡狀態，正向進行，所以正反應速率大于逆反應速率，故答案為：＞；
iii）溫度的升高，曲線b向曲線a逼近，反應速率加快，達到平衡時的時間縮短，
故答案為：溫度升高，反應速率加快，達到平衡所需的時間縮短（或溫度升高，反應速率加快，相同時間內更快達到平衡）．

點評 本題考查了離子方程式書寫、能量轉化形式、化學方程式書寫、熱化學方程式書寫、化學平衡等等，題目難度較大．