Question

2．氯化硫酰（SO₂Cl₂）是一種無色液體，遇水劇烈水解，其熔點為-54.1℃，沸點為69.1℃，可用作氯化劑及鋰電池正極活性物質．氯化硫酰可用下列反應制取：
SO₂（g）+Cl₂（g）?SO₂Cl₂（l）△H=-97.3kJ/mol．
（1）為了提高上述反應中Cl₂的平衡轉化率，下列措施合理的是（用字母編號填寫）：ac．
a．縮小容器體積b．使用催化劑c．提高SO₂濃度d．提高溫度
（2）300℃時，在體積為1L的密閉容器中充入16.20g SO₂Cl₂，達到平衡時容器中含SO₂ 7.616g，則300℃時合成SO₂Cl₂反應的平衡常數的為：0.0706．
（3）某同學設計了圖1所示裝置制取氯化硫酰：
①有關該裝置的說法正確的是（用字母編號填寫）：bde．
a．A、E處洗氣瓶中盛放的可能分別是飽和食鹽水和飽和NaHSO₃溶液
b．B處反應管內五球中玻璃棉上的活性炭起催化作用
c．B處反應管的冷卻水應從m接口通入
d．裝置C處吸濾瓶應放在冰水中冷卻
e．D處U形管中盛放的可能是堿石灰
②從化學平衡的角度分析，反應管通冷卻水的目的是：冷凝、降溫均有利于SO₂Cl₂生成．
③氯磺酸（ClSO₃H）受熱分解也可制得氯化硫酰，并得到另外一種物質，該反應的化學方程式為2C1SO₃H$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SO₂Cl₂+H₂SO₄，分離產物的方法是：蒸餾．

   （4）圖2為GET公司開發的Li-SO₂Cl₂軍用電池的示意圖．已知該電池的總反應為：2Li+SO₂Cl₂=2LiCl+SO₂↑，則該電池工作時的正極反應為：SO₂Cl₂+2e^-=2Cl^-+SO₂↑．

Answer 1

分析 （1）提高反應中Cl₂的平衡轉化率，即改變條件使平衡向正反應移動，根據平衡移動原理結合選項分析解答，注意不能只增大氯氣的用量；
（2）300℃時，在體積為1L的密閉容器中充入16.20g SO₂Cl₂，發生反應：SO₂Cl₂（l）?SO₂（g）+Cl₂（g）△H=+97.3kJ/mol．然后根據n=$\frac{m}{M}$計算SO₂的物質的量，由方程式Cl₂的物質的量等于SO₂的物質的量，計算二者的濃度，則300℃時分解SO₂Cl₂反應的平衡常數帶入K=$\frac{c（S{O}_{2}）c（C{l}_{2}）}{c（S{O}_{2}C{l}_{2}）}$計算可得，而300℃時合成SO₂Cl₂反應的平衡常數與之互為倒數；
（3）①a．根據飽和食鹽水和飽和NaHSO₃溶液起不到干燥的作用判斷；
b．B處反應管內五球中玻璃棉上的活性炭對氯氣和二氧化硫的反應起催化作用；
c．根據B處反應管冷卻水應低處進高處出判斷；
d．根據反應放熱，則裝置C處吸濾瓶應放在冰水中冷卻有利于利平衡正向移動判斷；
e．根據D處U形管中盛放的固體干燥劑判斷；
②SO₂（g）+Cl₂（g）?SO₂Cl₂（g）△H＜0，正反應是放熱反應，所以水冷卻利于SO₂Cl₂的合成；
③氯磺酸（C1SO₃H）加熱分解，也能制得硫酰氯（SO₂Cl₂）與另外一種物質，由元素守恒可知，另外物質含有H元素，C1SO₃H中S、Cl原子數目之比為1：1，而SO₂Cl₂中S、Cl原子數目之比為1：2，故另外物質中含有S元素，結合原子守恒可知另外物質為H₂SO₄；二者為互溶液體，沸點相差較大，采取蒸餾法進行分離；
（4）正極是SO₂Cl₂中+6價的硫得電子發生還原反應，據此書寫．

解答 解：（1）提高反應中Cl₂的平衡轉化率，改變條件使平衡向正反應移動，不能只增大氯氣的用量，
a．縮小容器體積，壓強增大，平衡向正反應移動，Cl₂的轉化率增大，故a正確；
b．使用催化劑，縮短到達平衡的時間，不影響平衡移動，Cl₂的轉化率不變，故b錯誤；
c．增加SO₂濃度，平衡向正反應移動，Cl₂的轉化率增大，故c正確；
d．該反應正反應是放熱反應，提高溫度，平衡向逆反應移動，Cl₂的轉化率降低，故d錯誤；
故答案為：ac；
（2）300℃時，在體積為1L的密閉容器中充入16.20gSO₂Cl₂，發生反應：SO₂Cl₂（g）?SO₂（g）+Cl₂（g），SO₂的物質的量為$\frac{7.616g}{64g/mol}$=0.119mol，由方程式可知，n（Cl₂）=n（SO₂）=0.119mol，二者濃度都為$\frac{0.119mol}{1L}$=0.119mol/L，故參加反應的SO₂Cl₂的物質的量為0.119mol，SO₂Cl₂的物質的量為$\frac{16.2g}{135g/mol}$=0.12mol，平衡時SO₂Cl₂的物質的量為0.12mol-0.119mol=0.001mol，故SO₂Cl₂的平衡濃度為$\frac{0.001mol}{1L}$=0.001mol/L，300℃時分解SO₂Cl₂反應的平衡常數K=$\frac{c（S{O}_{2}）c（C{l}_{2}）}{c（S{O}_{2}C{l}_{2}）}$=$\frac{1.119×0.119}{0.001}$，所以300℃時合成SO₂Cl₂反應的平衡常數K=$\frac{0.001}{1.119×0.119}$=0.0706；
故答案為：0.0706；
（3）①a．A、E處洗氣瓶，干燥吸水，二氧化硫和氯氣都可以用濃硫酸干燥，而飽和食鹽水和飽和NaHSO₃溶液起不到干燥的作用，故a錯誤；
b．B處反應管內五球中玻璃棉上的活性炭對氯氣和二氧化硫的反應起催化作用，故b正確；
c．B處反應管冷卻水應低處進高處出，所以從n接口通入，故c錯誤；
d．裝置C處吸濾瓶應放在冰水中冷卻，利平衡正向移動，提高產率，故d正確；
e．D處U形管中盛放的固體干燥劑，可能是固體堿石灰，故e正確；
故選：bde；
②SO₂（g）+Cl₂（g）?SO₂Cl₂（g）△H＜0，正反應是放熱反應，所以水冷卻利于SO₂Cl₂的合成，故答案為：冷凝、降溫均有利于SO₂Cl₂生成；
③氯磺酸（C1SO₃H）加熱分解，也能制得硫酰氯（SO₂Cl₂）與另外一種物質，由元素守恒可知，另外物質含有H元素，C1SO₃H中S、Cl原子數目之比為1：1，而SO₂Cl₂中S、Cl原子數目之比為1：2，故另外物質中含有S元素，結合原子守恒可知另外物質為H₂SO₄，反應方程式為：2C1SO₃H$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SO₂Cl₂+H₂SO₄，二者為互溶液體，沸點相差較大，采取蒸餾法進行分離；
故答案為：2C1SO₃H$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SO₂Cl₂+H₂SO₄；蒸餾；
（4）正極是SO₂Cl₂中+6價的硫得電子發生還原反應，所以電極反應式為：SO₂Cl₂+2e^-=2Cl^-+SO₂↑，故答案為：SO₂Cl₂+2e^-=2Cl^-+SO₂↑．

點評 本題考查實驗制備方案，涉及對反應原理及操作的分析評價、物質的分離提純、化學平衡常數的計算以及平衡移動原理等，注意對物質性質信息的應用，難度中等．