Question

8．磺酰氯（SO₂Cl₂）和亞硫酰氯（SOCl₂）均是實驗室常見試劑．
已知：SO₂Cl₂（g）?SO₂（g）+Cl₂（g）   K₁△H=a kJ/mol    （Ⅰ）
SO₂（g）+Cl₂（g）+SCl₂（g）?2SOCl₂（g）   K₂△H=b kJ/mol  （Ⅱ）
（1）反應：SO₂Cl₂（g）+SCl₂（g）?2SOCl₂（g）的平衡常數K=K₁•K₂（用K₁、K₂表示），該反應△H=（a+b）kJ/mol（用a、b表示）．
（2）為研究不同條件對反應（Ⅰ）的影響，以13.5g SO₂Cl₂充入2.0L的燒瓶中，在101kPa 375K時，10min達到平衡，平衡時SO₂Cl₂轉化率為0.80，則0～10min Cl₂的平衡反應速率為0.004mol•L^-1•min^-1，平衡時容器內壓強為181.8kPa，該溫度的平衡常數為0.16mol•L^-1；若要減小SO₂Cl₂轉化率，除改變溫度外，還可采取的措施是增大壓強（或縮小容器體積）（列舉一種）．
（3）磺酰氯對眼和上呼吸道粘膜有強烈的刺激性，發生泄漏時，實驗室可用足量NaOH固體吸收，發生反應的化學方程式為SO₂Cl₂+4NaOH=Na₂SO₄+2NaCl+2H₂O；亞硫酰氯溶于水的離子方程式為SOCl₂+H₂O=SO₂↑+2H⁺+2Cl^-．
（4）一定量的Cl₂用稀NaOH溶液吸收，若恰好反應，則溶液中各離子濃度由大到小的順序為c（Na⁺）＞c（Cl^-）＞c（ClO^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；已知常溫時次氯酸的K_a=2.5×10^-8則該溫度下NaClO水解反應的平衡常數K_b=4×10^-7 mol•L^-1．

Answer 1

分析 （1）SO₂Cl₂（g）+SCl₂（g）?2SOCl₂（g） 是由（Ⅰ）、（Ⅱ）相加得到，故平衡常數為兩者之積，反應熱為兩者之和；
（2）13.5g SO₂Cl₂的物質的量為$\frac{13.5g}{135g/mol}$=0.1mol，10min達到平衡時SO₂Cl₂轉化率為0.80，則轉化的SO₂Cl₂為0.080mol，則：
             SO₂Cl₂（g）?SO₂（g）+Cl₂（g）
起始量（mol）：0.1        0        0
變化量（mol）：0.08       0.08     0.08
平衡量（mol）：0.02       0.08     0.08
再根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（Cl₂）；
計算平衡時混合氣體總物質的量，壓強之比等于物質的量之比；
平衡常數K=$\frac{c（S{O}_{2}）×c（C{l}_{2}）}{c（S{O}_{2}C{l}_{2}）}$；
若要減小轉化率，可通過縮小容器體積即增大加壓強的方法，也可起始時再容器中同時充入SO₂Cl₂和Cl₂或SO₂等；
（3）SO₂Cl₂中硫為+6價，氯為-1，氫氧化鈉足量時生成硫酸鈉和氯化鈉；SOCl₂中硫為+4價，水解生成SO₂及HCl；
（4）發生反應：Cl₂+2NaOH=NaCl+NaClO+H₂O，顯然c（Na⁺）最大，考慮到ClO^-水解顯堿性，故c（Cl^-）＞c（ClO^-），c（OH^-）＞c（H⁺）；HClO的電離常數與ClO^-水解反應的平衡常數之積等于水的離子積．

解答 解：（1）SO₂Cl₂（g）+SCl₂（g）?2SOCl₂（g） 是由（Ⅰ）、（Ⅱ）相加得到，故平衡常數為兩者之積，反應熱為兩者之和，則：K=K₁•K₂，該反應△H=（a+b）kJ/mol，
故答案為：K₁•K₂；（a+b）；
（2）13.5g SO₂Cl₂的物質的量為$\frac{13.5g}{135g/mol}$=0.1mol，10min達到平衡時SO₂Cl₂轉化率為0.80，則轉化的SO₂Cl₂為0.080mol，則：
             SO₂Cl₂（g）?SO₂（g）+Cl₂（g）
起始量（mol）：0.1        0        0
變化量（mol）：0.08       0.08     0.08
平衡量（mol）：0.02       0.08     0.08
v（Cl₂）=$\frac{\frac{0.08mol}{2L}}{10min}$=0.004mol•L^-1•min^-1；
平衡時總物質的量為：0.02mol+0.08mol+0.08mol=0.18mol，故平衡時壓強為：$\frac{0.18mol}{0.1mol}$×101kPa=181.8kPa；
該溫度下平衡常數K=$\frac{c（S{O}_{2}）×c（C{l}_{2}）}{c（S{O}_{2}C{l}_{2}）}$=$\frac{\frac{0.08mol}{2L}×\frac{0.08mol}{2L}}{\frac{0.02mol}{2L}}$=0.16mol•L^-1；
若要減小轉化率，可通過縮小容器體積即增大加壓強的方法，也可起始時再容器中同時充入SO₂Cl₂和Cl₂或SO₂等；
故答案為：0.004mol•L^-1•min^-1；181.8；0.16mol•L^-1；增大壓強（或縮小容器體積）；
（3）SO₂Cl₂中硫為+6價，氯為-1，氫氧化鈉足量時生成硫酸鈉和氯化鈉，反應方程式為：SO₂Cl₂+4NaOH=Na₂SO₄+2NaCl+2H₂O；
SOCl₂中硫為+4價，水解生成SO₂及HCl，反應離子方程式為：SOCl₂+H₂O=SO₂↑+2H⁺+2Cl^-，
故答案為：SO₂Cl₂+4NaOH=Na₂SO₄+2NaCl+2H₂O；SOCl₂+H₂O=SO₂↑+2H⁺+2Cl^-；
（4）發生反應：Cl₂+2NaOH=NaCl+NaClO+H₂O，顯然c（Na⁺）最大，考慮到ClO^-水解顯堿性，故c（Cl^-）＞c（ClO^-），c（OH^-）＞c（H⁺），則溶液中各離子濃度由大到小的順序為：c（Na⁺）＞c（Cl^-）＞c（ClO^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
HClO的電離常數與ClO^-水解反應的平衡常數之積等于水的離子積，則NaClO水解反應的平衡常數K_b=$\frac{1{0}^{-14}}{2.5×1{0}^{-8}}$=4×10^-7，
故答案為：c（Na⁺）＞c（Cl^-）＞c（ClO^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；4×10^-7．

點評 本題考查化學平衡計算與影響因素、平衡常數、反應熱計算、離子濃度大小比較等，需要學生具備知識的基礎與靈活運用能力，難度中等．