Question

【題目】近年來，研究人員提出利用含硫物質熱化學循環實現太陽能的轉化與存儲。過程如下：

(1)反應Ⅰ：2H2SO4(l)=2SO2(g)+2H2O(g)+O2(g) ΔH1=+551 kJ·mol－1

反應Ⅲ：S(s)+O2(g)SO2(g) ΔH3=-297 kJ·mol－1

寫出反應Ⅱ的熱化學方程式：_____________________。

(2)歧化反應可簡單理解為化學反應中同一反應物中某元素化合價同時出現升降。已知I-離子可以作為水溶液中SO2歧化反應的催化劑。有關離子方程式如下（未配平）：

a.SO2+I-+H+→S↓+I2+H2O

b.I2+H2O+SO2→SO42-+H++I-

i.依據圖示及以上離子方程式a、b，寫出SO2歧化反應方程式：______________。

ii.探究a、b反應速率與SO2歧化反應速率的關系，實驗如下：分別將18 mL SO2飽和溶液加入到2 mL下列試劑中，密閉放置觀察現象。（已知：I2易溶解在KI溶液中）

①B是A的對比實驗，則a=__________。

②比較A、B、C，可得出的結論是______________________。

③實驗表明，SO2的歧化反應速率D>A，結合①、②反應速率解釋原因：________________。

Answer 1

【答案】3SO2(g)+2H2O(g)=2H2SO4(l)+S(s) △H=-254 kJ/mol 3SO2+2H2O=2H2SO4+S↓ 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b比a快；D中由反應b產生的H+使反應a加快

【解析】

(1)根據蓋斯定律，將已知的熱化學方程式疊加，可得待求的反應的熱化學方程式；

(2)i.根據電子守恒、原子守恒、電荷守恒，配平a、b兩個方程式，然后疊加，可得SO2發生歧化反應的方程式；

ii.①B是A的對比實驗，所用c(KI)應該相等；

②比較A、B、C，A中只含KI、B中含有KI和硫酸、C中只含硫酸，反應快慢順序是B>A>C，且C中沒有明顯現象，說明不反應；

③反應a、b知，SO2先和I-反應生成I2，I2再和SO2進一步反應，D中KI溶液溶解了I2，根據實驗現象對比分析。

(1) ①2H2SO4(l)=2SO2(g)+2H2O(g)+O2(g) ΔH1=+551 kJ·mol－1

②S(s)+O2(g)SO2(g) ΔH3=-297 kJ·mol－1

-①-②，整理可得反應Ⅱ的熱化學方程式為：3SO2(g)+2H2O(g)=2H2SO4(l)+S(s)；△H=－254 kJ/mol；

(2) i.配平a、b兩個方程式可得a.SO2+4I-+4H+→S↓+2I2+2H2O

b.I2+2H2O+SO2→SO42-+4H++2I-，由于I-離子可以作為水溶液中SO2歧化反應的催化劑，則a+2b，整理可得3SO2+2H2O=2H2SO4+S↓

ii.①B是A的對比實驗，所用c(KI)應該相等，否則無法得出正確結論，所以a=0.4；

②比較A、B、C，A中只含KI、B中含有KI和硫酸、C中只含硫酸，反應快慢順序是B>A>C，且C中沒有明顯現象，說明不反應，I-是該反應的催化劑，單獨的H+不能具有催化作用，B中含有酸導致其反應速率加快，所以得出的結論是：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；

③反應a、b知，SO2先和I-反應生成I2，I2再和SO2進一步反應，I-是該反應的催化劑，D中KI溶液溶解了I2，由D中“溶液的棕褐色很快褪色”說明反應b比反應a快，D的反應b中產生了H+，使反應a加快，所以SO2的歧化反應速率D>A。