Question

【題目】近年來，研究人員提出利用含硫物質(zhì)熱化學(xué)循環(huán)實(shí)現(xiàn)太陽能的轉(zhuǎn)化與存儲(chǔ)。過程如下：

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

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

寫出反應(yīng)Ⅱ的熱化學(xué)方程式：_____________________。

(2)歧化反應(yīng)可簡單理解為化學(xué)反應(yīng)中同一反應(yīng)物中某元素化合價(jià)同時(shí)出現(xiàn)升降。已知I-離子可以作為水溶液中SO2歧化反應(yīng)的催化劑。有關(guān)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(jù)圖示及以上離子方程式a、b，寫出SO2歧化反應(yīng)方程式：______________。

ii.探究a、b反應(yīng)速率與SO2歧化反應(yīng)速率的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)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(xiàn)象。（已知：I2易溶解在KI溶液中）

①B是A的對比實(shí)驗(yàn)，則a=__________。

②比較A、B、C，可得出的結(jié)論是______________________。

③實(shí)驗(yàn)表明，SO2的歧化反應(yīng)速率D>A，結(jié)合①、②反應(yīng)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(yīng)的催化劑，H+單獨(dú)存在時(shí)不具有催化作用，但H+可以加快歧化反應(yīng)速率 反應(yīng)b比a快；D中由反應(yīng)b產(chǎn)生的H+使反應(yīng)a加快

【解析】

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

(2)i.根據(jù)電子守恒、原子守恒、電荷守恒，配平a、b兩個(gè)方程式，然后疊加，可得SO2發(fā)生歧化反應(yīng)的方程式；

ii.①B是A的對比實(shí)驗(yàn)，所用c(KI)應(yīng)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(yīng)快慢順序是B>A>C，且C中沒有明顯現(xiàn)象，說明不反應(yīng)；

③反應(yīng)a、b知，SO2先和I-反應(yīng)生成I2，I2再和SO2進(jìn)一步反應(yīng)，D中KI溶液溶解了I2，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)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(yīng)Ⅱ的熱化學(xué)方程式為：3SO2(g)+2H2O(g)=2H2SO4(l)+S(s)；△H=－254 kJ/mol；

(2) i.配平a、b兩個(gè)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(yīng)的催化劑，則a+2b，整理可得3SO2+2H2O=2H2SO4+S↓

ii.①B是A的對比實(shí)驗(yàn)，所用c(KI)應(yīng)該相等，否則無法得出正確結(jié)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(yīng)快慢順序是B>A>C，且C中沒有明顯現(xiàn)象，說明不反應(yīng)，I-是該反應(yīng)的催化劑，單獨(dú)的H+不能具有催化作用，B中含有酸導(dǎo)致其反應(yīng)速率加快，所以得出的結(jié)論是：I-是SO2歧化反應(yīng)的催化劑，H+單獨(dú)存在時(shí)不具有催化作用，但H+可以加快歧化反應(yīng)速率；

③反應(yīng)a、b知，SO2先和I-反應(yīng)生成I2，I2再和SO2進(jìn)一步反應(yīng)，I-是該反應(yīng)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(yīng)b比反應(yīng)a快，D的反應(yīng)b中產(chǎn)生了H+，使反應(yīng)a加快，所以SO2的歧化反應(yīng)速率D>A。