Question

11．釩（V）及其化合物在工業(yè)催化、新材料和新能源等領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用，其中接觸法制硫酸工業(yè)中就要用到V₂O₅作催化劑：2SO₂（g）+O₂（g）$?_{△}^{V_{2}O_{5}}$  2SO₃（g）△H＜0．某溫度下，將2mol SO₂和1mol O₂置于10L密閉容器中，在V₂O₅作催化劑下經(jīng)5min反應(yīng)達平衡，SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率（α）為80%．
（1）5min內(nèi) v（SO₃ ）=0.032mol•L^-1•min^-1
（2）該溫度下平衡常數(shù)K=800．
（3）若縮小容器體積，至達到新的平衡，在圖1中畫出反應(yīng)速率變化圖象．
（4）硫酸工業(yè)尾氣SO₂用濃氨水吸收，反應(yīng)的離子方程式是2NH₃•H₂O+SO₂=2NH₄⁺+SO₃^2-　或NH₃•H₂O+SO₂=NH₄⁺+HSO₃^-，吸收后的產(chǎn)物最終可制成肥料硫銨[即（NH₄）₂SO₄]．
（5）某含釩化合物及硫酸的電池是利用不同價態(tài)離子對的氧化還原反應(yīng)來實現(xiàn)化學(xué)能和電能相互轉(zhuǎn)化的裝置，其原理如圖2所示．

①用該電池電解（NH₄）₂SO₄溶液生產(chǎn)（NH₄）₂S₂O₈（過二硫酸銨）．電解時均用惰性電極，陽極電極反應(yīng)式可表示為2SO₄^2--2e^-═S₂O₈^2-；若電解得1mol（NH₄）₂S₂O₈，則電池左槽中H⁺將減�。ㄌ睢霸龃蟆被颉皽p少”）2mol．
②電池使用一段時間后對其進行充電，充電過程中，陽電極反應(yīng)式為：VO²⁺+H₂O-e^-═VO₂⁺+2H⁺．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算反應(yīng)速率；
（2）利用三段式法計算平衡濃度，根據(jù)平衡常數(shù)表達式計算；
（3）縮小容器體積，壓強增大，正逆反應(yīng)速率都增大，平衡正向移動；
（4）二氧化硫和氨水反應(yīng)可生產(chǎn)亞硫酸銨或亞硫酸氫銨；
（5）①根據(jù)陰陽極反應(yīng)原理陽極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，此題實質(zhì)是電解硫酸銨溶液，2SO₄^2-失電子變成S₂O₈^2-，電極反應(yīng)式為：2SO₄^2--2e^-═S₂O₈^2-，
VO₂⁺轉(zhuǎn)變?yōu)閂O²⁺，發(fā)生還原反應(yīng)，應(yīng)為電解池的陰極，VO₂⁺+2e^-+2H⁺=VO²⁺+H₂O，若電解得1mol（NH₄）₂S₂O₈，則有2mol氫離子被消耗，故電解槽中氫離子濃度減小2mol；
②充電時，陽極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)：VO²⁺+H₂O-e^-=VO₂⁺+2H⁺．

解答 解：經(jīng)5min反應(yīng)達平衡，SO₂的平衡轉(zhuǎn)化率（α）為80%，則
           2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
起始：2.0mol        1.0mol        0
轉(zhuǎn)化：1.6mol         0.8mol      1.6mol
平衡：0.4mol           0.2mol    1.6mol
則平衡時：c（SO₂）=0.04mol/L，c（O₂）=0.02mol/L，c（SO₃）=0.16mol/L，
（1）v（SO₃）=$\frac{0.16mol/L}{5min}$=0.032mol/（L•min），
故答案為：0.032；
（2）K=$\frac{{c}^{2}（S{O}_{3}）}{{c}^{2}（S{O}_{2}）c（{O}_{2}）}$=$\frac{（0.16）^{2}}{（0.04）^{2}×0.02}$=800，
故答案為：800；
（3）縮小容器體積，壓強增大，正逆反應(yīng)速率都增大，平衡正向移動，圖象為：；故答案為：；
（4）少量的二氧化硫和氨水反應(yīng)生成亞硫酸銨，足量二氧化硫和氨水反應(yīng)生產(chǎn)亞硫酸氫銨，
反應(yīng)離子方程式為：2NH₃•H₂O+SO₂=2NH₄⁺+SO₃^2-　或NH₃•H₂O+SO₂=NH₄⁺+HSO₃^-；
故答案為：2NH₃•H₂O+SO₂=2NH₄⁺+SO₃^2-　或NH₃•H₂O+SO₂=NH₄⁺+HSO₃^-；
（5）①根據(jù)陰陽極反應(yīng)原理陽極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，此題實質(zhì)是電解硫酸銨溶液，2SO₄^2-失電子變成S₂O₈^2-，電極反應(yīng)式為：2SO₄^2--2e^-═S₂O₈^2-，
VO₂⁺轉(zhuǎn)變?yōu)閂O²⁺，發(fā)生還原反應(yīng)，應(yīng)為電解池的陰極，VO₂⁺+2e^-+2H⁺=VO²⁺+H₂O，若電解得1mol（NH₄）₂S₂O₈，則有2mol氫離子被消耗，
故電解槽中氫離子濃度減小2mol；
故故答案為：2SO₄^2--2e^-═S₂O₈^2-；減�。�2；
②充電過程中，陽極失電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為VO²⁺+H₂O-e^-═VO₂⁺+2H⁺，
故答案為：VO²⁺+H₂O-e^-═VO₂⁺+2H⁺；

點評 本題考查了速率的計算和平衡常數(shù)的計算影響平衡的因素及電化學(xué)知識，中等難度．注意根據(jù)題給信息書寫電極反應(yīng)式．