Question

3．硫-氨热化学循环制氢示意图如图1

（1）反应1的离子方程式为SO₂+H₂O+2NH₃=2NH₄⁺+SO₃^2-．
（2）反应2能量转化主要方式为太阳能转化为电能再转化为化学能．
（3）反应3中控制反应条件很重要，不同条件下硫酸铵分解产物不同．若在400℃时分解，产物除水蒸气外还有A、B、C三种气体，A是空气中含量最多的单质，B能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，C能使品红溶液褪色．则400℃时硫酸铵分解的化学方程式为3（NH₄）₂SO₄$\frac{\underline{\;400℃\;}}{\;}$4NH₃↑+N₂↑+3SO₂↑+6H₂O↑．
（4）反应4是由（a）、（b）两步反应组成：
H₂SO₄（l）=SO₃（g）+H₂O（g），△H=+177kJ•mol^-1…（a）
2SO₃（g）?2SO₂（g）+O₂（g），△H=+196kJ•mol^-1…（b）
①则H₂SO₄（l）分解为SO₂（g）、O₂（g）及H₂O（g）的热化学方程式为：2H₂SO₄（l）?2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）△H=+550kJ•mol^-1．
②在恒温密闭容器中，控制不同温度进行SO₃分解实验．以SO₃起始浓度均为cmol•L^-1，测定SO₃的转化率，结果如图2，图中Ⅰ曲线为SO₃的平衡转化率与温度的关系，Ⅱ曲线表示不同温度下反应经过相同反应时间且未达到化学平衡时SO₃的转化率．
（i）图中点X与点Z的平衡常数K：K_（X）＜ K_（Z）（选填：＞，＜，=）；
（ii）Y点对应温度下的反应速率：v_（正）＞v_（逆）（选填：＞，＜，=）；
（iii）随温度的升高，Ⅱ曲线逼近Ⅰ曲线的原因是：温度升高，反应速率加快，达到平衡所需的时间缩短（或温度升高，反应速率加快，相同时间内更快达到平衡）．

Answer 1

分析 （1）反应1是二氧化硫和氨气在水中反应生成亚硫酸铵的反应；
（2）据图分析，反应2是太阳能转化为电能，电解亚硫酸铵生成硫酸铵和氢气；
（3）硫酸铵在400℃时分解，产物除水蒸气外还有A、B、C三种气体，A是空气中含量最多的单质，则为氮气，B能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，为氨气，C能使品红溶液褪色，为二氧化硫；
（4）①利用已知热化学方程式，据盖斯定律书写H₂SO₄（l）分解为SO₂（g）、O₂（g）及H₂O（g）的热化学方程式；
②i）据图可知，随温度的升高，三氧化硫的平衡转化率增大，说明三氧化硫分解是吸热反应，温度越高，平衡常数越大；
ii）Y点时反应还没有达到平衡状态，正向进行；
iii）温度的升高，曲线b向曲线a逼近，反应速率加快．

解答 解：（1）反应1是二氧化硫和氨气在水中反应生成亚硫酸铵的反应，反应的离子方程式为SO₂+H₂O+2NH₃=2NH₄⁺+SO₃^2-，故答案为：SO₂+H₂O+2NH₃=2NH₄⁺+SO₃^2-；
（2）据图分析，反应2是太阳能转化为电能，电解亚硫酸铵生成硫酸铵和氢气，故答案为：太阳能转化为电能再转化为化学能；
（3）硫酸铵在400℃时分解，产物除水蒸气外还有A、B、C三种气体，A是空气中含量最多的单质，则为氮气，B能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，为氨气，C能使品红溶液褪色，为二氧化硫，反应的化学方程式为3（NH₄）₂SO₄$\frac{\underline{\;400℃\;}}{\;}$4NH₃↑+N₂↑+3SO₂↑+6H₂O↑，故答案为：3（NH₄）₂SO₄$\frac{\underline{\;400℃\;}}{\;}$4NH₃↑+N₂↑+3SO₂↑+6H₂O↑；
（4）①已知H₂SO₄（l）=SO₃（g）+H₂O（g），△H=+177kJ•mol^-1…（a）
2SO₃（g）?2SO₂（g）+O₂（g），△H=+196kJ•mol^-1…（b）
据盖斯定律，2a+b得：2H₂SO₄（l）?2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）△H=+550kJ•mol^-1，
故答案为：2H₂SO₄（l）?2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）△H=+550kJ•mol^-1；
②i）据图可知，随温度的升高，三氧化硫的平衡转化率增大，说明三氧化硫分解是吸热反应，温度越高，平衡常数越大，所以K（X）＜K（Z），故答案为：＜；
ii）Y点时反应还没有达到平衡状态，正向进行，所以正反应速率大于逆反应速率，故答案为：＞；
iii）温度的升高，曲线b向曲线a逼近，反应速率加快，达到平衡时的时间缩短，
故答案为：温度升高，反应速率加快，达到平衡所需的时间缩短（或温度升高，反应速率加快，相同时间内更快达到平衡）．

点评 本题考查了离子方程式书写、能量转化形式、化学方程式书写、热化学方程式书写、化学平衡等等，题目难度较大．