Question

【題目】硫及其化合物在現代生產和生活中發揮重要作用。

(1)可以通過熱化學循環在較低溫度下由硫化氫分解制備氫氣。

SO2(g)+I2(s)+2H2O(1)==2HI(aq)+H2SO4(aq) △H1=—151.5kJ·mol-1

2HI(aq)==H2(g)+I2(s) △H2=+110kJ·mol-1

H2S(g)+H2SO4(aq)==S(s)+SO2(g)+2H2O(I) △H3=+65kJ·mol-1

熱化學硫碘循環硫化氫分解聯產氫氣、硫磺的熱化學方程式為_________________。

(2)硫酸廠尾氣中含有大量SO2，為提高其利用率可用圖1所示裝置(電極均為惰性電極)將其吸收，而鋰—磺酰氯(Li—SO2C12)電池可作為電源電解制備Ni(H2PO2)2(圖2)。已知電池反應為：2Li+SO2C12=2LiCl+SO2↑

①圖1中：a為直流電源的______極(填“負”或“正”)，其陰極的電極反應式為_____。

②SO2C12分子中S原子的雜化方式為____________________。

③鋰—磺酰氯電池的正極反應式為_______________________。

④圖2中膜a為______交換膜(填“陽離子”或“陰離子”下同)，膜c為_________交換膜。不銹鋼電極的電極反應式為_______________________________。

(3)二氧化硫的催化氧化是工業上生產硫酸的主要反應O2(g)+2SO2(g) 2SO3(g)。

已知：標準平衡常數 ，其中為標準壓強(1×105Pa)，p(SO3)、p(O2)和p(SO2)為各組分的平衡分壓，如p(SO3)=x(SO3)p，p為平衡總壓，x(SO3)為平衡系統中SO3的物質的量分數。SO2和O2起始物質的量之比為2：1，反應在恒定溫度和標準壓強下進行，SO3的平衡產率為，則_______(用含的最簡式表示)。

Answer 1

【答案】H2S(g) =H2(g)＋S(s) △H=+23.5 kJ ·mol－1 正 2HSO3－＋2e－＋2H+= S2O42－＋2H2O sp3 SO2Cl2＋2e－=2Cl－＋SO2↑ 陽離子 陽離子 2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－

【解析】

（1）根據已知焓變的熱化學方程式推導所求反應，再根據蓋斯定律求△H；

（2）①根據圖1右邊的S元素化合價變化判斷極性，當原電池與電解池相連時，電源正極與電解池陽極相連，即可判斷電極a極性；由于陰極為HSO3－放電生成S2O42－，根據電極反應式書寫技巧書寫電極反應式；

②根據SO2Cl2中S原子的電子排布，結合電子式可知，S原子最外層無孤對電子，即可知S原子的雜化方式；

③先寫出鋰-磺酰氯電池的負極反應式，利用總反應減去負極反應式即可得出正極反應式；

④結合交換膜的作用：只允許某種離子通過，目的為促進某種產物的生成，由于電解目的為制備Ni（H2PO2）2，則Ⅰ室鎳電極需放電溶解作陽極，產生的鎳離子需要進入Ⅱ室形成產品，即可知膜a的類型，不銹鋼作陰極，需要H＋放電，則Ⅲ室中的H＋需移向Ⅳ室，不銹鋼電極為水中的H＋放電產生H2，結合電極反應式書寫技巧可得不銹鋼電極的電極反應式；

（3）由于SO2和O2起始物質的量之比為2：1，反應在恒定溫度和標準壓強下進行，SO3的平衡產率為ω，則可得出SO3的變化量為2ω，列三段式，分別求出平衡時各物質的分壓，代入標準平衡常數中即可的結果。

（1）反應③+反應①可消去H2SO4，最后再加上反應②消去I2即可得出硫化氫分解聯產氫氣、硫磺的熱化學方程式，H2S（g）═H2（g）+S（s）△H，結合蓋斯定律：△H=△H3＋△H1＋△H2=65kJ·mol－1+110kJ·mol－1-151.5kJ·mol－1=+23.5kJ·mol－1，故答案為：H2S（g）═H2（g）+S（s）△H=+23.5kJ·mol－1；

（2）①由圖1可知，右邊電極反應為HSO3－反應生成S2O42－，S元素化合價降低，所以右邊為電解池的陰極，左邊則為電解池的陽極，又因為陽極與電源正極相連，所以a為直流電源的正極，結合電極方程式書寫原則：電子轉移守恒、電荷守恒；陰極的電極反應式為2HSO3－+2e－+2H＋=S2O42－+2H2O，故答案為：正；2HSO3－+2e－+2H＋=S2O42－+2H2O；

②SO2Cl2分子中S原子無孤對電子，所以S原子的雜化方式為sp3，故答案為：sp3；

③鋰-磺酰氯電池的負極為Li-e－=Li＋，已知電池反應為：2Li+SO2Cl2═2LiCl+SO2↑，則總反應-負極反應即可得出正極反應為：SO2Cl2+2e－═2Cl－+SO2↑，故答案為：SO2Cl2+2e－═2Cl－+SO2↑；

④根據電解目的：制備Ni（H2PO2）2，可知Ⅰ室中的鎳電極做陽極放電溶解形成Ni2＋，Ni2＋需要向右移動進入產品室形成產品，所以膜a為陽離子交換膜，不銹鋼為電解池陰極，需要溶液中的陽離子放電，則Ⅲ室中的H＋主要通過陽離子交換膜進入Ⅳ室，所以膜c為陽離子交換膜，不銹鋼的電極反應為H2O中的H＋放電產生H2，電極反應式為：2H2O+2e－═H2↑+2OH－，故答案為：陽離子；陽離子；2H2O+2e－═H2↑+2OH－；

（3）已知：標準平衡常數，整理得Kθ= SO2和O2起始物質的量之比為2：1，SO3的平衡產率為ω，則SO/span>3的變化量為2ω，列三段式如下：

則p（O2）= ,

p（SO2）= ,

p（SO3）= ,

又因為p=pθ，則Kθ=，故答案為： 。