Question

4．已知：SO₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?SO₃（g）△H=-98kJ•mol^-1．
（1）常用催化劑V₂O₅中₂₃V的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d³4s²
（2）一定溫度下，向一帶活塞的體積為2L的密閉容器中充入2.0mol SO₂和1.0mol O₂，達到平衡后體積變?yōu)?.5L，則SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率為75%．
（3）與（1）相同溫度下若向2L體積固定的密閉容器中充入2.0mol SO₃，平衡后，反應吸熱49～98．（答范圍）
（4）若以圖所示裝置，用電化學原理生產(chǎn)硫酸，寫出通入SO₂電極的電極反應式為2SO₂-4e^-+4H₂O=8H⁺+2SO₄^2-；若該電池向外輸送2mole-時，右側n（H⁺）變化量為2mol；穩(wěn)定持續(xù)生產(chǎn)，硫酸溶液的濃度應維持不變，則通入SO₂和水的質(zhì)量比為16：29．

Answer 1

分析 （1）₂₃V原子核外有23個電子，根據(jù)核外電子排布規(guī)律來寫；
（2）先根據(jù)三段式法計算出平衡時c（SO₂），再根據(jù)轉(zhuǎn)化率公式求出SO₂的轉(zhuǎn)化率；
（3）該反應是正反應氣體體積減小的可逆反應，恒容容器比恒壓容器，平衡正向反應程度大，逆向反應程度小；
（4）通入SO₂的電極是負極反應，二氧化硫失到電子生成硫酸根離子，在酸性溶液中生成氫離子；據(jù)電極反應式確定生成氫離子物質(zhì)的量；根據(jù)SO₂、O₂和水形成硫酸溶液的濃度為50%，求出SO₂和水的質(zhì)量比．

解答 解：（1）₂₃V原子核外有23個電子，核外電子排布為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d³4s²，故答案為：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d³4s²；
（2）根據(jù)V_前/V_后=n_前/n_后 可得，向一帶活塞的體積為2L的密閉容器中充入2.0mol SO₂和1.0mol O₂，達到平衡后體積變?yōu)?.5L，n_后=2.25mol 
                    SO₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?SO₃（g）
 開始（mol）         2.0     1.0         0
 反應（mol）          a       $\frac{1}{2}$a        a 
 平衡（mol）        2.0-a    1-$\frac{1}{2}$a       a 
 則：（2.0-a）+（1.0-$\frac{1}{2}$a）+a=2.25     a=1.5 
所以SO₂的轉(zhuǎn)化率α=$\frac{1.5}{2}$×100%=75%，故答案為：75%；
（3）向容器中加入2.0mol SO₂和1.0mol O₂與加入2.0mol SO₃平衡等效，該反應是正反應氣體體積減小的可逆反應，恒容容器比恒壓容器，平衡正向反應程度大，逆向反應程度小，容器體積不變，充入2.0mol SO₃，達到平衡狀態(tài)時，SO₃的物質(zhì)的量大于1.5mol，吸熱多于$\frac{98KJ}{2}$=49kJ，少于98kJ，故答案為：49～98；
（4）通入SO₂的電極是負極反應，二氧化硫失到電子生成硫酸根離子，在酸性溶液中生成氫離子，電極反應為：2SO₂-4e^-+4H₂O=8H⁺+2SO₄^2-；通入O₂電極的電極是正極反應，氧氣得到電子生成氫氧根離子，在酸性溶液中生成水，電極反應為：O₂+4e^-+4 H⁺=2H₂O，若該電池向外輸送2mole-時，右側n（H⁺）變化量為2mol，
設：SO₂和水的質(zhì)量分別為a、b       
         SO₂ +H₂O?H₂SO₃
         64   18   82
         a   $\frac{18a}{64}$   $\frac{82a}{64}$
^₂H₂SO₃ +O₂═^₂H₂SO₄
 164        196
 $\frac{82a}{64}$       $\frac{98a}{64}$   
則：硫酸溶液的質(zhì)量百分數(shù)為 $\frac{\frac{98a}{64}}{\frac{98a}{64}+b-\frac{18a}{64}}$×100%=50%，
所以a：b=16：29；
故答案為：2SO₂-4e^-+4H₂O=8H⁺+2SO₄^2-；2mol；16：29．

點評 本題考查了核外電子排布、化學平衡的有關知、轉(zhuǎn)化率的計算、外界條件對化學平衡的影響以及有關化學計算，試題較靈活，綜合性強，題目難度較大．