Question

利用催化氧化反应将SO₂转化为SO₃是工业上生产硫酸的关键步骤．T℃时反应2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）过程中的能量变化如图所示，回答下列问题．
（1）写出该反应的热化学方程式（用E₁、E₂或E₃表示，下同）

2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-E₃kJ/mol　或△H=-（E₂-E₁）kJ/mol

．
（2）T℃时将3mol SO₂和1mol O₂通入体积为2L的恒温恒容密闭容器中，发生反应．2min时反应达到平衡，此时测得反应物O₂还剩余0.1mol，则达到平衡时SO₂的转化率为

60%

，反应

放出

（填“放出”或“吸收”）

0.9E₃

热量．（用E₁、E₂或E₃表示）
（3）下列叙述能证明该反应已达化学平衡状态的是

①②④

（填序号）
①SO₂的体积分数不再发生变化    ②容器内压强不再发生变化   ③容器内气体原子总数不再发生变化   ④相同时间内消耗2n mol SO₂的同时生成n mol O₂   ⑤相同时间内消耗2n mol SO₂的同时生成2n mol SO₃
（4）在反应体系中加入催化剂，反应速率增大，E₁、E₂和E₃的变化是：E₁

减小

，E₂

减小

，E₃

不变

（填“增大”“减小”或“不变”）．
（5）若以如图所示装置，用电化学原理生产硫酸，将SO₂、O₂以一定压强喷到活性电极上反应．写出两电极的电极反应式：

+：O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O
-：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺

，为稳定持续生产，硫酸溶液的浓度应维持不变，则通入SO₂和水的质量比为

16：29

．
（6）SOCl₂是一种无色液体，可与碳共同构成锂电池的正极材料，且其放电时也有SO₂气体产生．写出SOCl₂在电池中放电时的电极反应式

2SOCl₂+4e^-═S+SO₂↑+4Cl^-

．

Answer 1

分析：（1）根据反应热、方程式写出相应的热化学方程式；
（2）根据转化率=

反应物的初始物质的量-反应物的剩余物质的量

反应物的初始物质的量

×100%计算；根据反应热与二氧化硫的关系式计算反应热；
（3）根据化学平衡状态的特征分析，当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、质量、体积分数以及百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化，做题时要注意方程式前后气体的化学计量数的关系；
（4）催化剂能改变反应的路径，使发生反应所需的活化能降低；
（5）根据正负极上得失电子写出相应的电极反应式；
（6）根据原电池的电池反应式的书写规则书写．

解答：解：（1）△H=反应物吸收的能量-生成物放出的能量═-E₃kJ/mol=-（E₂-E₁）kJ/mol，
故答案为：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H=-E₃kJ/mol 或△H=-（E₂-E₁）kJ/mol
（2）从图象知，反应物的能量大于生成物的能量，所以该反应是放热反应．
               2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）      放热 E₃ 
     反应开始 3 mol     1mol         0               E₃
        转化 1.8 mol    0.9mol     1.8 mol        0.9E ₃
        平衡 1.2mol     0.1mol     1.8 mol 
  所以SO₂的转化率=

1.8mol

3mol

×100%=60%
放出热量 0.9E ₃
故答案为：60%；放出； 0.9 E₃；
（3）该反应前后气体体积减小，化学平衡状态的标志：正逆反应速率相等、体系各物质的含量不变．
①②④符合条件；根据原子守恒，各元素的原子总数始终不变，故③错；⑤所指方向一致，故⑤错．
故选：①②④；
（4）加入催化剂，改变了反应历程，改变反应速率，但平衡不移动，所以E₂、E₁ 减小，E₃不变，
故答案为：E₂、E₁ 减小，E₃不变；
（5）根据原电池反应原理，还原剂在负极上发生氧化反应电极反应式为SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺；，氧化剂在正极上发生还原反应电极反应式为O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O，该原电池的本质是2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄，为维持浓度不变，SO₂和O₂反应生成硫酸的质量分数是50%，所需的水为反应反应的水和做溶剂的水，所以质量比为=2×64：（2×18+2×98）=16：29
故答案为：+：O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O，-：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺； 16：29；
（6）SOCl2中S的化合价是+4价，是中间价态，能发生氧化还原反应，反应中有二氧化硫生成，也有S单质生成，电池反应式为2SOCl₂+4e^-═S+SO₂↑+4Cl^-，
故答案为：2SOCl₂+4e^-═S+SO₂↑+4Cl^-．

点评：本题考查电极反应式的书写、平衡状态的判断等知识点，难度不大，注意化学平衡状态的判断方法，是高考的热点，也是学习的难点．