Question

2．氯化硫酰（SO₂Cl₂）是一种无色液体，遇水剧烈水解，其熔点为-54.1℃，沸点为69.1℃，可用作氯化剂及锂电池正极活性物质．氯化硫酰可用下列反应制取：
SO₂（g）+Cl₂（g）?SO₂Cl₂（l）△H=-97.3kJ/mol．
（1）为了提高上述反应中Cl₂的平衡转化率，下列措施合理的是（用字母编号填写）：ac．
a．缩小容器体积b．使用催化剂c．提高SO₂浓度d．提高温度
（2）300℃时，在体积为1L的密闭容器中充入16.20g SO₂Cl₂，达到平衡时容器中含SO₂ 7.616g，则300℃时合成SO₂Cl₂反应的平衡常数的为：0.0706．
（3）某同学设计了图1所示装置制取氯化硫酰：
①有关该装置的说法正确的是（用字母编号填写）：bde．
a．A、E处洗气瓶中盛放的可能分别是饱和食盐水和饱和NaHSO₃溶液
b．B处反应管内五球中玻璃棉上的活性炭起催化作用
c．B处反应管的冷却水应从m接口通入
d．装置C处吸滤瓶应放在冰水中冷却
e．D处U形管中盛放的可能是碱石灰
②从化学平衡的角度分析，反应管通冷却水的目的是：冷凝、降温均有利于SO₂Cl₂生成．
③氯磺酸（ClSO₃H）受热分解也可制得氯化硫酰，并得到另外一种物质，该反应的化学方程式为2C1SO₃H$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SO₂Cl₂+H₂SO₄，分离产物的方法是：蒸馏．

   （4）图2为GET公司开发的Li-SO₂Cl₂军用电池的示意图．已知该电池的总反应为：2Li+SO₂Cl₂=2LiCl+SO₂↑，则该电池工作时的正极反应为：SO₂Cl₂+2e^-=2Cl^-+SO₂↑．

Answer 1

分析 （1）提高反应中Cl₂的平衡转化率，即改变条件使平衡向正反应移动，根据平衡移动原理结合选项分析解答，注意不能只增大氯气的用量；
（2）300℃时，在体积为1L的密闭容器中充入16.20g SO₂Cl₂，发生反应：SO₂Cl₂（l）?SO₂（g）+Cl₂（g）△H=+97.3kJ/mol．然后根据n=$\frac{m}{M}$计算SO₂的物质的量，由方程式Cl₂的物质的量等于SO₂的物质的量，计算二者的浓度，则300℃时分解SO₂Cl₂反应的平衡常数带入K=$\frac{c（S{O}_{2}）c（C{l}_{2}）}{c（S{O}_{2}C{l}_{2}）}$计算可得，而300℃时合成SO₂Cl₂反应的平衡常数与之互为倒数；
（3）①a．根据饱和食盐水和饱和NaHSO₃溶液起不到干燥的作用判断；
b．B处反应管内五球中玻璃棉上的活性炭对氯气和二氧化硫的反应起催化作用；
c．根据B处反应管冷却水应低处进高处出判断；
d．根据反应放热，则装置C处吸滤瓶应放在冰水中冷却有利于利平衡正向移动判断；
e．根据D处U形管中盛放的固体干燥剂判断；
②SO₂（g）+Cl₂（g）?SO₂Cl₂（g）△H＜0，正反应是放热反应，所以水冷却利于SO₂Cl₂的合成；
③氯磺酸（C1SO₃H）加热分解，也能制得硫酰氯（SO₂Cl₂）与另外一种物质，由元素守恒可知，另外物质含有H元素，C1SO₃H中S、Cl原子数目之比为1：1，而SO₂Cl₂中S、Cl原子数目之比为1：2，故另外物质中含有S元素，结合原子守恒可知另外物质为H₂SO₄；二者为互溶液体，沸点相差较大，采取蒸馏法进行分离；
（4）正极是SO₂Cl₂中+6价的硫得电子发生还原反应，据此书写．

解答 解：（1）提高反应中Cl₂的平衡转化率，改变条件使平衡向正反应移动，不能只增大氯气的用量，
a．缩小容器体积，压强增大，平衡向正反应移动，Cl₂的转化率增大，故a正确；
b．使用催化剂，缩短到达平衡的时间，不影响平衡移动，Cl₂的转化率不变，故b错误；
c．增加SO₂浓度，平衡向正反应移动，Cl₂的转化率增大，故c正确；
d．该反应正反应是放热反应，提高温度，平衡向逆反应移动，Cl₂的转化率降低，故d错误；
故答案为：ac；
（2）300℃时，在体积为1L的密闭容器中充入16.20gSO₂Cl₂，发生反应：SO₂Cl₂（g）?SO₂（g）+Cl₂（g），SO₂的物质的量为$\frac{7.616g}{64g/mol}$=0.119mol，由方程式可知，n（Cl₂）=n（SO₂）=0.119mol，二者浓度都为$\frac{0.119mol}{1L}$=0.119mol/L，故参加反应的SO₂Cl₂的物质的量为0.119mol，SO₂Cl₂的物质的量为$\frac{16.2g}{135g/mol}$=0.12mol，平衡时SO₂Cl₂的物质的量为0.12mol-0.119mol=0.001mol，故SO₂Cl₂的平衡浓度为$\frac{0.001mol}{1L}$=0.001mol/L，300℃时分解SO₂Cl₂反应的平衡常数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℃时合成SO₂Cl₂反应的平衡常数K=$\frac{0.001}{1.119×0.119}$=0.0706；
故答案为：0.0706；
（3）①a．A、E处洗气瓶，干燥吸水，二氧化硫和氯气都可以用浓硫酸干燥，而饱和食盐水和饱和NaHSO₃溶液起不到干燥的作用，故a错误；
b．B处反应管内五球中玻璃棉上的活性炭对氯气和二氧化硫的反应起催化作用，故b正确；
c．B处反应管冷却水应低处进高处出，所以从n接口通入，故c错误；
d．装置C处吸滤瓶应放在冰水中冷却，利平衡正向移动，提高产率，故d正确；
e．D处U形管中盛放的固体干燥剂，可能是固体碱石灰，故e正确；
故选：bde；
②SO₂（g）+Cl₂（g）?SO₂Cl₂（g）△H＜0，正反应是放热反应，所以水冷却利于SO₂Cl₂的合成，故答案为：冷凝、降温均有利于SO₂Cl₂生成；
③氯磺酸（C1SO₃H）加热分解，也能制得硫酰氯（SO₂Cl₂）与另外一种物质，由元素守恒可知，另外物质含有H元素，C1SO₃H中S、Cl原子数目之比为1：1，而SO₂Cl₂中S、Cl原子数目之比为1：2，故另外物质中含有S元素，结合原子守恒可知另外物质为H₂SO₄，反应方程式为：2C1SO₃H$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SO₂Cl₂+H₂SO₄，二者为互溶液体，沸点相差较大，采取蒸馏法进行分离；
故答案为：2C1SO₃H$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SO₂Cl₂+H₂SO₄；蒸馏；
（4）正极是SO₂Cl₂中+6价的硫得电子发生还原反应，所以电极反应式为：SO₂Cl₂+2e^-=2Cl^-+SO₂↑，故答案为：SO₂Cl₂+2e^-=2Cl^-+SO₂↑．

点评 本题考查实验制备方案，涉及对反应原理及操作的分析评价、物质的分离提纯、化学平衡常数的计算以及平衡移动原理等，注意对物质性质信息的应用，难度中等．