Question

2．氧和硫的化合物在化工生产上应用非常广泛．试回答下列问题：

（1）O₃可通过电解稀硫酸（原理如图1所示，该条件下3O₂=2O₃可以发生）制得．图中阳极为B（填A或B）．若C处通入O₂，则A极的电极反应式为：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，若C处不通入O₂，D、E处分别收集到1mol和0.4mol气体，则E处收集的气体中O₃所占的体积分数为50%（忽略 O₃的分解）．
（2）臭氧几乎可与除铂、金、铱、氟以外的所有单质反应．己知：
6Ag（s）+O₃（g）═3Ag₂O（s）；△H=-235kJ/mol；
2Ag₂O（s）═4Ag（s）+O₂（g）；△H=+60kJ/mol；
则反应 2O₃（g）=3O₂（g）的△H=-290kJ/mol．
（3）SO₂Cl₂常用于制造医药品、染料、表面活性剂等．已知：SO₂Cl₂（g）?SO₂（g）+Cl₂（g）△H=+98kJ•mol^-1．某温度时向体积为2L的恒容密闭容器中充入0.20mol SO₂Cl₂，达到平衡时，容器中含0.1mol SO₂，该温度时反应的平衡常数为0.05mol/L（请带单位）．将上述所得混合气体溶于足量BaCl₂溶液中，最终生成沉淀的质量为46.6g．
（4）对（3）中的反应，在400℃，1.01×10⁵Pa条件下，向容积为2L的恒容密闭容器中充入一定量的SO₂Cl₂，n（SO₂）和n（SO₂Cl₂）随时间的变化曲线如图2所示．
①0～20min反应的平均速率υ（SO₂Cl₂）=0.04mol/（L．min）．
②下列叙述正确的是AD
A．A点υ正（SO₂Cl₂）＞υ逆（SO₂Cl₂）
B．密度和平均摩尔质量不变均说明处于平衡状态
C．其它条件不变，若增大压强，n（SO₂）比图中D点的值大
D．其它条件不变，500℃时反应达平衡，n（SO₂）比图中D点的值大．

Answer 1

分析 （1）由图可知，B极生成O₂、O₃，B极反应氧化反应，电解池阳极发生氧化反应；
C处通入O₂，O₂发生还原反应，在酸性条件下生成水；
若C处不通入O₂，实质为电解水，D处为氢气，物质的量为0.5mol，E处为氧气、臭氧，物质的量共为0.2mol，令臭氧的物质的量为xmol，利用电子转移守恒列放出计算x的值，再根据体积分数定义计算；
（2）Ⅰ、6Ag（s）+O₃（g）═3Ag₂O（s），△H=-235kJ•mol^-1，
Ⅱ、2Ag₂O（s）═4Ag（s）+O₂（g），△H=+60kJ•mol^-1，
根据盖斯定律可知Ⅰ×2+Ⅱ×3可得到，2O₃（g）═3O₂（g），以此计算反应热；
（3）根据二氧化硫和反应热之间的关系式计算放出的热量；化学平衡常数K=$\frac{c（Cl{\;}_{2}）．c（SO{\;}_{2}）}{c（SO{\;}_{2}Cl{\;}_{2}）}$；根据硫原子守恒计算生成硫酸钡的质量；
（4）①先计算二氧化硫的反应速率，再根据同一可逆反应、同一时间段内各物质的反应速率之比等于其计量数之比计算υ（SO₂Cl₂）；
②A．A点平衡向正反应方向移动，正反应速率大于逆反应速率；
B．因为反应前后质量不变，又体积不变，所以密度一直不变；
C．增大压强，平衡向体积减小的方向移动即逆反应方向，据此分析；
D．其它条件不变，升高温度平衡向正反应方向移动，则平衡时n（SO₂）增大，据此分析；

解答 解：（1）由图可知，B极生成O₂、O₃，B极反应氧化反应，电解池阳极发生氧化反应，故B为阳极；C处通入O₂，O₂发生还原反应，在酸性条件下生成水，电极反应式为O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；若C处不通入O₂，实质为电解水，D处为氢气，物质的量为$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.5mol，E处为氧气、臭氧，物质的量共为$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.2mol，令臭氧的物质的量为xmol，根据电子转移守恒有0.5mol×2=xmol×3×2+（0.2mol-xmol）×2×2，解得x=0.1，所以E处收集的气体中O₃所占的体积分数为$\frac{0.1mol}{0.2mol}$×100%=50%；故答案为：B；O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；50%．
（2）Ⅰ、6Ag（s）+O₃（g）═3Ag₂O（s），△H=-235kJ•mol^-1，
Ⅱ、2Ag₂O（s）═4Ag（s）+O₂（g），△H=+60kJ•mol^-1，
根据盖斯定律可知Ⅰ×2+Ⅱ×3可得到，2O₃（g）═3O₂（g），则反应热△H=（-235kJ•mol^-1）×2+（+60kJ•mol^-1）×3=-290kJ/mol，
故答案为：-290kJ/mol；
（3）c（SO₂）=c（Cl₂）=$\frac{0.1mol}{2L}$=0.05mol/L、c（SO₂Cl₂）=$\frac{0.2mol-0.1mol}{2L}$=0.05mol/L、
化学平衡常数K=$\frac{c（Cl{\;}_{2}）．c（SO{\;}_{2}）}{c（SO{\;}_{2}Cl{\;}_{2}）}$=$\frac{0.05mol/L×0.05mol/L}{0.05mol/L}$=0.05mol/L；
根据硫原子守恒计算生成硫酸钡的质量，则m（BaSO₄）=n（BaSO₄）M（BaSO₄）=n（SO₂）M（BaSO₄）=0.2mol×233g/mol=46.6g，
故答案为：0.05 mol/L；46.6g；
（4）①υ（SO₂）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{1.6mol}{2L}}{20min}$=0.04mol/（L．min），同一可逆反应中同一时间段内，各物质的反应速率之比等于其计量数之比，所以υ（SO₂Cl₂）=υ（SO₂）=0.04mol/（L．min），故答案为：0.04mol/（L．min）；
②A．A点平衡向正反应方向移动，说明正反应速率大于逆反应速率，即A点υ正（SO₂Cl₂）＞υ逆（SO₂Cl₂），故正确；
B．因为反应前后质量不变，又体积不变，所以密度一直不变，则密度不变不能说明处于平衡状态，故错误；
C．增大压强，平衡向体积减小的方向移动即逆反应方向，所以n（SO₂）减小，比图中D点的值小，故错误；
D．其它条件不变，升高温度平衡向正反应方向移动，则平衡时n（SO₂）增大，所以n（SO₂）比图中D点的值大，故正确；
故选：AD．

点评 本题考查了电解原理的应用、盖斯定律的应用以及化学平衡的有关知识，根据平衡状态判断的依据、反应速率公式、平衡常数公式等知识点来分析解答，易错选项是（3）中硫酸钡质量的计算，很多同学往往只根据二氧化硫的量计算硫酸钡而导致错误，为易错点．