Question

2．氯化硫酰（SO₂Cl₂）是一種無色液體，遇水劇烈水解，其熔點為-54.1℃，沸點為69.1℃，可用作氯化劑及鋰電池正極活性物質(zhì)．氯化硫�？捎孟铝蟹磻�(yīng)制取：
SO₂（g）+Cl₂（g）?SO₂Cl₂（l）△H=-97.3kJ/mol．
（1）為了提高上述反應(yīng)中Cl₂的平衡轉(zhuǎn)化率，下列措施合理的是（用字母編號填寫）：ac．
a．縮小容器體積b．使用催化劑c．提高SO₂濃度d．提高溫度
（2）300℃時，在體積為1L的密閉容器中充入16.20g SO₂Cl₂，達(dá)到平衡時容器中含SO₂ 7.616g，則300℃時合成SO₂Cl₂反應(yīng)的平衡常數(shù)的為：0.0706．
（3）某同學(xué)設(shè)計了圖1所示裝置制取氯化硫酰：
①有關(guān)該裝置的說法正確的是（用字母編號填寫）：bde．
a．A、E處洗氣瓶中盛放的可能分別是飽和食鹽水和飽和NaHSO₃溶液
b．B處反應(yīng)管內(nèi)五球中玻璃棉上的活性炭起催化作用
c．B處反應(yīng)管的冷卻水應(yīng)從m接口通入
d．裝置C處吸濾瓶應(yīng)放在冰水中冷卻
e．D處U形管中盛放的可能是堿石灰
②從化學(xué)平衡的角度分析，反應(yīng)管通冷卻水的目的是：冷凝、降溫均有利于SO₂Cl₂生成．
③氯磺酸（ClSO₃H）受熱分解也可制得氯化硫酰，并得到另外一種物質(zhì)，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為2C1SO₃H$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SO₂Cl₂+H₂SO₄，分離產(chǎn)物的方法是：蒸餾．

   （4）圖2為GET公司開發(fā)的Li-SO₂Cl₂軍用電池的示意圖．已知該電池的總反應(yīng)為：2Li+SO₂Cl₂=2LiCl+SO₂↑，則該電池工作時的正極反應(yīng)為：SO₂Cl₂+2e^-=2Cl^-+SO₂↑．

Answer 1

分析 （1）提高反應(yīng)中Cl₂的平衡轉(zhuǎn)化率，即改變條件使平衡向正反應(yīng)移動，根據(jù)平衡移動原理結(jié)合選項分析解答，注意不能只增大氯氣的用量；
（2）300℃時，在體積為1L的密閉容器中充入16.20g SO₂Cl₂，發(fā)生反應(yīng)：SO₂Cl₂（l）?SO₂（g）+Cl₂（g）△H=+97.3kJ/mol．然后根據(jù)n=$\frac{m}{M}$計算SO₂的物質(zhì)的量，由方程式Cl₂的物質(zhì)的量等于SO₂的物質(zhì)的量，計算二者的濃度，則300℃時分解SO₂Cl₂反應(yīng)的平衡常數(shù)帶入K=$\frac{c（S{O}_{2}）c（C{l}_{2}）}{c（S{O}_{2}C{l}_{2}）}$計算可得，而300℃時合成SO₂Cl₂反應(yīng)的平衡常數(shù)與之互為倒數(shù)；
（3）①a．根據(jù)飽和食鹽水和飽和NaHSO₃溶液起不到干燥的作用判斷；
b．B處反應(yīng)管內(nèi)五球中玻璃棉上的活性炭對氯氣和二氧化硫的反應(yīng)起催化作用；
c．根據(jù)B處反應(yīng)管冷卻水應(yīng)低處進(jìn)高處出判斷；
d．根據(jù)反應(yīng)放熱，則裝置C處吸濾瓶應(yīng)放在冰水中冷卻有利于利平衡正向移動判斷；
e．根據(jù)D處U形管中盛放的固體干燥劑判斷；
②SO₂（g）+Cl₂（g）?SO₂Cl₂（g）△H＜0，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以水冷卻利于SO₂Cl₂的合成；
③氯磺酸（C1SO₃H）加熱分解，也能制得硫酰氯（SO₂Cl₂）與另外一種物質(zhì)，由元素守恒可知，另外物質(zhì)含有H元素，C1SO₃H中S、Cl原子數(shù)目之比為1：1，而SO₂Cl₂中S、Cl原子數(shù)目之比為1：2，故另外物質(zhì)中含有S元素，結(jié)合原子守恒可知另外物質(zhì)為H₂SO₄；二者為互溶液體，沸點相差較大，采取蒸餾法進(jìn)行分離；
（4）正極是SO₂Cl₂中+6價的硫得電子發(fā)生還原反應(yīng)，據(jù)此書寫．

解答 解：（1）提高反應(yīng)中Cl₂的平衡轉(zhuǎn)化率，改變條件使平衡向正反應(yīng)移動，不能只增大氯氣的用量，
a．縮小容器體積，壓強(qiáng)增大，平衡向正反應(yīng)移動，Cl₂的轉(zhuǎn)化率增大，故a正確；
b．使用催化劑，縮短到達(dá)平衡的時間，不影響平衡移動，Cl₂的轉(zhuǎn)化率不變，故b錯誤；
c．增加SO₂濃度，平衡向正反應(yīng)移動，Cl₂的轉(zhuǎn)化率增大，故c正確；
d．該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，提高溫度，平衡向逆反應(yīng)移動，Cl₂的轉(zhuǎn)化率降低，故d錯誤；
故答案為：ac；
（2）300℃時，在體積為1L的密閉容器中充入16.20gSO₂Cl₂，發(fā)生反應(yīng)：SO₂Cl₂（g）?SO₂（g）+Cl₂（g），SO₂的物質(zhì)的量為$\frac{7.616g}{64g/mol}$=0.119mol，由方程式可知，n（Cl₂）=n（SO₂）=0.119mol，二者濃度都為$\frac{0.119mol}{1L}$=0.119mol/L，故參加反應(yīng)的SO₂Cl₂的物質(zhì)的量為0.119mol，SO₂Cl₂的物質(zhì)的量為$\frac{16.2g}{135g/mol}$=0.12mol，平衡時SO₂Cl₂的物質(zhì)的量為0.12mol-0.119mol=0.001mol，故SO₂Cl₂的平衡濃度為$\frac{0.001mol}{1L}$=0.001mol/L，300℃時分解SO₂Cl₂反應(yīng)的平衡常數(shù)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℃時合成SO₂Cl₂反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{0.001}{1.119×0.119}$=0.0706；
故答案為：0.0706；
（3）①a．A、E處洗氣瓶，干燥吸水，二氧化硫和氯氣都可以用濃硫酸干燥，而飽和食鹽水和飽和NaHSO₃溶液起不到干燥的作用，故a錯誤；
b．B處反應(yīng)管內(nèi)五球中玻璃棉上的活性炭對氯氣和二氧化硫的反應(yīng)起催化作用，故b正確；
c．B處反應(yīng)管冷卻水應(yīng)低處進(jìn)高處出，所以從n接口通入，故c錯誤；
d．裝置C處吸濾瓶應(yīng)放在冰水中冷卻，利平衡正向移動，提高產(chǎn)率，故d正確；
e．D處U形管中盛放的固體干燥劑，可能是固體堿石灰，故e正確；
故選：bde；
②SO₂（g）+Cl₂（g）?SO₂Cl₂（g）△H＜0，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以水冷卻利于SO₂Cl₂的合成，故答案為：冷凝、降溫均有利于SO₂Cl₂生成；
③氯磺酸（C1SO₃H）加熱分解，也能制得硫酰氯（SO₂Cl₂）與另外一種物質(zhì)，由元素守恒可知，另外物質(zhì)含有H元素，C1SO₃H中S、Cl原子數(shù)目之比為1：1，而SO₂Cl₂中S、Cl原子數(shù)目之比為1：2，故另外物質(zhì)中含有S元素，結(jié)合原子守恒可知另外物質(zhì)為H₂SO₄，反應(yīng)方程式為：2C1SO₃H$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SO₂Cl₂+H₂SO₄，二者為互溶液體，沸點相差較大，采取蒸餾法進(jìn)行分離；
故答案為：2C1SO₃H$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SO₂Cl₂+H₂SO₄；蒸餾；
（4）正極是SO₂Cl₂中+6價的硫得電子發(fā)生還原反應(yīng)，所以電極反應(yīng)式為：SO₂Cl₂+2e^-=2Cl^-+SO₂↑，故答案為：SO₂Cl₂+2e^-=2Cl^-+SO₂↑．

點評 本題考查實驗制備方案，涉及對反應(yīng)原理及操作的分析評價、物質(zhì)的分離提純、化學(xué)平衡常數(shù)的計算以及平衡移動原理等，注意對物質(zhì)性質(zhì)信息的應(yīng)用，難度中等．