Question

20．已知2SO₂（g）+O₂（g）═2SO₃（g）反應(yīng)過程的能量變化如圖1所示．已知1mol SO₂（g）氧化為1mol SO₃的△H=-99kJ/mol．請回答下列問題：

（1）圖中A、C分別表示反應(yīng)物總能量；生成物總能量，E的大小對該反應(yīng)的反應(yīng)熱有無影響？無
（2）該反應(yīng)通常用V₂O₅作催化劑，V₂O₅的催化循環(huán)機理可能為：V₂O₅氧化SO₂時，自身被還原為四價釩化合物；四價釩化合物再被氧氣氧化．寫出該催化循環(huán)機理的化學方程式為SO₂+V₂O₅=SO₃+2VO₂、4VO₂+O₂=2 V₂O₅ ．
（3）某科研單位利用原電池原理，用SO₂和O₂來制備硫酸，裝置如圖2所示，電極A、B為多孔的材料，能吸附氣體，同時也能使氣體與電解質(zhì)溶液充分接觸．
①該原電池的B為負極 （填“正極”、“負極”），其電極反應(yīng)式為SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺
②電解質(zhì)溶液中H⁺通過質(zhì)子膜向右（填“向左”“向右”、“不”）移動．
③電池總反應(yīng)式為2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄ ．

Answer 1

分析 （1）A、C分別表示反應(yīng)物總能量的生成物總能量，B為活化能，活化能的大小與反應(yīng)熱無關(guān)；
（2）V₂O₅氧化SO₂時，自己被還原為四價釩化合物，還生成三氧化硫；四價釩化合物再被氧氣氧化生成V₂O₅；
（3）反應(yīng)原理為SO₂與O₂反應(yīng)生成SO₃，SO₃再與水化合生成硫酸，根據(jù)硫酸的出口判斷正負極，負極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，原電池放電時，電解質(zhì)溶液中陽離子向正極移動．

解答 解：（1）縱坐標為能量，橫坐標為反應(yīng)的時間，A為反應(yīng)物總能量，B為中間態(tài)能量（活化分子能量），C為產(chǎn)物總能量．反應(yīng)熱（△H）只和A、B間的能量差有關(guān)，和E的大小無關(guān)；
故答案為：反應(yīng)物總能量；生成物總能量；無；
（2）V₂O₅氧化SO₂時，自己被還原為四價釩化合物，還生成三氧化硫；四價釩化合物再被氧氣氧化生成V₂O₅，該催化循環(huán)機理的化學方程式為SO₂+V₂O₅═SO₃+2VO₂、4VO₂+O₂═2V₂O₅，
故答案為：SO₂+V₂O₅=SO₃+2VO₂；4VO₂+O₂=2 V₂O₅ ；
（3）該原電池中，負極上失電子被氧化，所以負極上投放的氣體是二氧化硫，二氧化硫失電子和水反應(yīng)生成硫酸根離子和氫離子，正極上投放的氣體是氧氣，正極上氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水，根據(jù)硫酸和水的出口方向知，B極是負極，A極是正極，所以B極上的電極反應(yīng)式為：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺，原電池放電時，氫離子由負極B移向正極A，所以其電池反應(yīng)式為：2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄，
①根據(jù)硫酸和水的出口方向知，B極是負極，B極上的電極反應(yīng)式為：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：負極；SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺；
②原電池放電時，電解質(zhì)溶液中H⁺通過質(zhì)子膜由負極B移向正極A，向右移動，
故答案為：向右；
③正極A上氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水，B電極反應(yīng)為：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，極上的電極反應(yīng)式為：SO₂-2e^-+2H₂O═SO₄^2-+4H⁺，所以其電池反應(yīng)式為：2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄，
故答案為：2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄ ．

點評 本題考查反應(yīng)過程的能量變化圖以及運用蓋斯定律進行反應(yīng)熱的計算、原電池原理和電極反應(yīng)書寫、催化劑的催化原理等知識點，題目難度中等，注意活化能與反應(yīng)熱的關(guān)系以及原電池的原理，側(cè)重于考查學生的分析能力和應(yīng)用能力．