Question

2．氧和硫的化合物在化工生產上應用非常廣泛．試回答下列問題：

（1）O₃可通過電解稀硫酸（原理如圖1所示，該條件下3O₂=2O₃可以發生）制得．圖中陽極為B（填A或B）．若C處通入O₂，則A極的電極反應式為：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，若C處不通入O₂，D、E處分別收集到1mol和0.4mol氣體，則E處收集的氣體中O₃所占的體積分數為50%（忽略 O₃的分解）．
（2）臭氧幾乎可與除鉑、金、銥、氟以外的所有單質反應．己知：
6Ag（s）+O₃（g）═3Ag₂O（s）；△H=-235kJ/mol；
2Ag₂O（s）═4Ag（s）+O₂（g）；△H=+60kJ/mol；
則反應 2O₃（g）=3O₂（g）的△H=-290kJ/mol．
（3）SO₂Cl₂常用于制造醫藥品、染料、表面活性劑等．已知：SO₂Cl₂（g）?SO₂（g）+Cl₂（g）△H=+98kJ•mol^-1．某溫度時向體積為2L的恒容密閉容器中充入0.20mol SO₂Cl₂，達到平衡時，容器中含0.1mol SO₂，該溫度時反應的平衡常數為0.05mol/L（請帶單位）．將上述所得混合氣體溶于足量BaCl₂溶液中，最終生成沉淀的質量為46.6g．
（4）對（3）中的反應，在400℃，1.01×10⁵Pa條件下，向容積為2L的恒容密閉容器中充入一定量的SO₂Cl₂，n（SO₂）和n（SO₂Cl₂）隨時間的變化曲線如圖2所示．
①0～20min反應的平均速率υ（SO₂Cl₂）=0.04mol/（L．min）．
②下列敘述正確的是AD
A．A點υ正（SO₂Cl₂）＞υ逆（SO₂Cl₂）
B．密度和平均摩爾質量不變均說明處于平衡狀態
C．其它條件不變，若增大壓強，n（SO₂）比圖中D點的值大
D．其它條件不變，500℃時反應達平衡，n（SO₂）比圖中D點的值大．

Answer 1

分析 （1）由圖可知，B極生成O₂、O₃，B極反應氧化反應，電解池陽極發生氧化反應；
C處通入O₂，O₂發生還原反應，在酸性條件下生成水；
若C處不通入O₂，實質為電解水，D處為氫氣，物質的量為0.5mol，E處為氧氣、臭氧，物質的量共為0.2mol，令臭氧的物質的量為xmol，利用電子轉移守恒列放出計算x的值，再根據體積分數定義計算；
（2）Ⅰ、6Ag（s）+O₃（g）═3Ag₂O（s），△H=-235kJ•mol^-1，
Ⅱ、2Ag₂O（s）═4Ag（s）+O₂（g），△H=+60kJ•mol^-1，
根據蓋斯定律可知Ⅰ×2+Ⅱ×3可得到，2O₃（g）═3O₂（g），以此計算反應熱；
（3）根據二氧化硫和反應熱之間的關系式計算放出的熱量；化學平衡常數K=$\frac{c（Cl{\;}_{2}）．c（SO{\;}_{2}）}{c（SO{\;}_{2}Cl{\;}_{2}）}$；根據硫原子守恒計算生成硫酸鋇的質量；
（4）①先計算二氧化硫的反應速率，再根據同一可逆反應、同一時間段內各物質的反應速率之比等于其計量數之比計算υ（SO₂Cl₂）；
②A．A點平衡向正反應方向移動，正反應速率大于逆反應速率；
B．因為反應前后質量不變，又體積不變，所以密度一直不變；
C．增大壓強，平衡向體積減小的方向移動即逆反應方向，據此分析；
D．其它條件不變，升高溫度平衡向正反應方向移動，則平衡時n（SO₂）增大，據此分析；

解答 解：（1）由圖可知，B極生成O₂、O₃，B極反應氧化反應，電解池陽極發生氧化反應，故B為陽極；C處通入O₂，O₂發生還原反應，在酸性條件下生成水，電極反應式為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；若C處不通入O₂，實質為電解水，D處為氫氣，物質的量為$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.5mol，E處為氧氣、臭氧，物質的量共為$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.2mol，令臭氧的物質的量為xmol，根據電子轉移守恒有0.5mol×2=xmol×3×2+（0.2mol-xmol）×2×2，解得x=0.1，所以E處收集的氣體中O₃所占的體積分數為$\frac{0.1mol}{0.2mol}$×100%=50%；故答案為：B；O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；50%．
（2）Ⅰ、6Ag（s）+O₃（g）═3Ag₂O（s），△H=-235kJ•mol^-1，
Ⅱ、2Ag₂O（s）═4Ag（s）+O₂（g），△H=+60kJ•mol^-1，
根據蓋斯定律可知Ⅰ×2+Ⅱ×3可得到，2O₃（g）═3O₂（g），則反應熱△H=（-235kJ•mol^-1）×2+（+60kJ•mol^-1）×3=-290kJ/mol，
故答案為：-290kJ/mol；
（3）c（SO₂）=c（Cl₂）=$\frac{0.1mol}{2L}$=0.05mol/L、c（SO₂Cl₂）=$\frac{0.2mol-0.1mol}{2L}$=0.05mol/L、
化學平衡常數K=$\frac{c（Cl{\;}_{2}）．c（SO{\;}_{2}）}{c（SO{\;}_{2}Cl{\;}_{2}）}$=$\frac{0.05mol/L×0.05mol/L}{0.05mol/L}$=0.05mol/L；
根據硫原子守恒計算生成硫酸鋇的質量，則m（BaSO₄）=n（BaSO₄）M（BaSO₄）=n（SO₂）M（BaSO₄）=0.2mol×233g/mol=46.6g，
故答案為：0.05 mol/L；46.6g；
（4）①υ（SO₂）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{1.6mol}{2L}}{20min}$=0.04mol/（L．min），同一可逆反應中同一時間段內，各物質的反應速率之比等于其計量數之比，所以υ（SO₂Cl₂）=υ（SO₂）=0.04mol/（L．min），故答案為：0.04mol/（L．min）；
②A．A點平衡向正反應方向移動，說明正反應速率大于逆反應速率，即A點υ正（SO₂Cl₂）＞υ逆（SO₂Cl₂），故正確；
B．因為反應前后質量不變，又體積不變，所以密度一直不變，則密度不變不能說明處于平衡狀態，故錯誤；
C．增大壓強，平衡向體積減小的方向移動即逆反應方向，所以n（SO₂）減小，比圖中D點的值小，故錯誤；
D．其它條件不變，升高溫度平衡向正反應方向移動，則平衡時n（SO₂）增大，所以n（SO₂）比圖中D點的值大，故正確；
故選：AD．

點評 本題考查了電解原理的應用、蓋斯定律的應用以及化學平衡的有關知識，根據平衡狀態判斷的依據、反應速率公式、平衡常數公式等知識點來分析解答，易錯選項是（3）中硫酸鋇質量的計算，很多同學往往只根據二氧化硫的量計算硫酸鋇而導致錯誤，為易錯點．