Question

【题目】近年来，研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。过程如下：

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

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

反应Ⅱ的热化学方程式：________________。

(2)对反应Ⅱ，在某一投料比时，两种压强下，H2SO4在平衡体系中物质的量分数随温度的变化关系如图所示：

p2_______p 1(填“＞”或“＜”)。

(3)I－可以作为水溶液中SO2歧化反应的催化剂，可能的催化过程如下。将ii补充完整。

i.SO2+4I－+4H+=S↓+2I2+2H2O

ii.I2+2H2O+_________=_________+_______+2 I－

(4)探究i、ii反应速率与SO2歧化反应速率的关系，实验如下：分别将18 mL SO2饱和溶液加入到 2 mL下列试剂中，密闭放置观察现象。(已知：I2易溶解在KI溶液中)

序号	A	B	C	D
试剂组成	0.4 mol·L－1 KI	a mol·L－1 KI0.2 mol·L－1 H2SO4	0.2 mol·L－1 H2SO4	0.2 mol·L－1 KI 0.0002 mol I2
实验现象	溶液变黄，一段时间后出现浑浊	溶液变黄，出现浑浊较A快	无明显现象	溶液由棕褐色很快褪色，变成黄色，出现浑浊较A快

①B是A的对比实验，则a=__________。

②比较A、B、C，可得出的结论是______________________。

③实验表明，SO2的歧化反应速率D＞A，结合i、ii反应速率解释原因：________________。

(5)据文献报道，二氧化碳可以在酸性水溶液中用惰性电极电解制得乙烯，其原理如图所示。则b电极上的电极反应式为__________________。

Answer 1

【答案】3SO2(g)+2H2O(g)=2H2SO4 (l)+S(s) ΔH2=254 kJ·mol1 > SO2 SO42 4H+ 0.4 I是SO2歧化反应的催化剂，H+单独存在时不具有催化作用，但H+可以加快歧化反应速率 反应ii比i快；D中由反应ii产生的H+使反应i加快 2CO2 + 12H+ + 12e－=C2H4 + 4H2O

【解析】

(1)根据该盖斯定律书写正确的热化学方程式，并计算反应热；

(2)相同温度下，增大压强，平衡正向移动；

(3)化学反应中的催化剂在第一个反应中作反应物，在第二个反应中作生成物，总方程式为：3SO2(g)+2H2O(g)=2H2SO4 (l)+S(s)，催化过程中发生反应i：SO2+4I－+4H+=S↓+2I2+2H2O，说明I-、H+在i中作反应物，在ii中作生成物，同时ii中还生成H2SO4 ，根据原子守恒可知，反应物中还含有SO2；

(4) ①B是A的对比实验，所用的c(KI)相等；

②比较A、B、C，A中只含有KI，B中含有KI和H2SO4，C中只含有H2SO4，反应快慢顺序是B>A>C，且C中没有明显现象，说明不反应；

③实验表明，SO2的歧化反应速率D>A，反应ii比反应i快；

(5)太阳能电池为电源，电解强酸性的CO2水溶液得到乙烯，乙烯在银基声称，由图可知，a电极上电解水生成O2和H+，b电极上CO2得到电子和H+反应生成乙烯和水。

(1)根据盖斯定律可知：-(反应Ⅰ+反应Ⅲ)可得3SO2(g)+ 2H2O(g)= S(s)+2H2SO4(l) ΔH2=－254 kJ·mol－1；

(2) 相同温度下，增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动，即向正向移动，导致硫酸在体系中的物质的量分数增大，由图可知，相同温度下，达到平衡时硫酸的含量P1<P2，说明压强P2>P1；

(3) 化学反应中的催化剂在第一个反应中作反应物，在第二个反应中作生成物，总方程式为：3SO2(g)+2H2O(g)=2H2SO4 (l)+S(s)，催化过程中发生反应i：SO2+4I－+4H+=S↓+2I2+2H2O，说明I-、H+在i中作反应物，在ii中作生成物，同时ii中还生成H2SO4，根据原子守恒可知，反应物中还含有SO2，因此ii中的反应为：I2+2H2O+ SO2=4H++SO42-+2 I－；

(4) ①B是A的对比实验，所用的c(KI)相等，否则无法得出正确的结论，因此a=0.4；

②比较A、B、C，A中只含有KI，B中含有KI和H2SO4，C中只含有H2SO4，反应快慢顺序是B>A>C，且C中没有明显现象，说明C不反应，B中含有酸导致其反应速率加快，所以得出的结论为：在酸性条件下，SO2与I-反应速率更快，且SO2与稀硫酸不反应；

③实验表明，SO2的歧化反应速率D>A，反应ii比反应i快，D中由反应ii产生的H+使反应i加快；

(5)电解时，CO2在b电极上得到电子和H+反应生成乙烯和水，电极反应为：2CO2 + 12H+ + 12e－=C2H4 + 4H2O。