Question

14．利用原電池原理合成硫酸成為可能，如圖利用SO₂和O₂制備硫酸．其中A、B為多孔材料，可吸附氣體．回答下列問題．
（1）A極充入物質為氧氣，B極的電極反應為SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺．
（2）B極在30min后，共充入標況下11.2L氣體時，則通過外電路電流為（已知電子電量e=1.60×10^-19C）53.5庫侖
（3）某溫度下，SO₂（g）+1/2O₂（g）═SO₃（g）△H=-98kJ•mol^-1．開始時在10L的密閉容器中加入4.0molSO₂（g）和5.0molO₂（g），當反應達到平衡時共放出熱量196kJ，SO₂的轉化率是50%；該溫度下平衡常數K=2.5L/mol．

Answer 1

分析 （1）SO₂與O₂反應生成SO₃，SO₃再與水化合生成硫酸，根據硫酸的出口判斷正負極，負極發生氧化反應，正極發生還原反應，原電池放電時，電解質溶液中陽離子向正極移動；
（2）B極的電極反應為：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺；充入標況下11.2L即0.5mol氣體時，轉移電子是1mol，根據公式Q=It來計算；
（3）根據三行式結合轉化率和化學平衡常數的表達式來計算即可．

解答 解：該原電池中，負極上失電子被氧化，所以負極上投放的氣體是二氧化硫，二氧化硫失電子和水反應生成硫酸根離子和氫離子，正極上投放的氣體是氧氣，正極上氧氣得電子和氫離子反應生成水，根據硫酸和水的出口方向知，B極是負極，A極是正極，
（1）根據以上分析，A極是正極充入物質為氧氣，B極的電極反應為：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺，故答案為：氧氣；SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺；
（2）B極的電極反應為：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺；充入標況下11.2L即0.5mol氣體時，轉移電子是1mol，通過外電路電流為（已知電子電量e=1.60×10^-19C）I=$\frac{Q}{t}$=$\frac{1.6×1{0}^{-19}×6.02×1{0}^{23}}{30×60}$庫侖≈53.5庫侖，故答案為：53.5庫侖；
（3）某溫度下，SO₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?SO₃（g）；△H=-98kJ•mol-1．開始時在10L的密閉容器中加入4.0molSO₂（g）和5.0molO₂（g），當反應達到平衡時共放出熱量196kJ，消耗二氧化硫物質的量為2mol，
            2 SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-196kJ•mol-1．
起始量（mol） 4       5          0
變化量（mol） 2       1          2
平衡量（mol） 2       4          2
該溫度下平衡常數K=$\frac{（\frac{2}{10}）^{2}}{（\frac{2}{10}）^{2}×\frac{4}{10}}$=2.5L/mol，$\frac{2}{4}$×100%=50%，
故答案為：50%；2.5L/mol．

點評 本題涉及燃料電池的工作原理以及電極反應式的書寫、化學平衡三行式的計算等方面的知識，屬于綜合知識的考查，難度中等．