Question

20．氯堿工業(yè)以電解精制飽和食鹽水的方法制取氯氣、氫氣、燒堿和氯的含氧酸鹽等系列化工產品．
（一）如圖是離子交換膜法電解食鹽水的示意圖，圖中的離子交換膜只允許陽離子通過．完成下列填空：
（1）寫出電解飽和食鹽水的離子方程式：2H₂O+2Cl^-$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Cl₂↑+2OH^-+H₂↑；
離子交換膜的作用為能得到純度更高的氫氧化鈉溶液、避免Cl₂與H₂反應（合理即給分）．
（2）氯氣與氫氧化鈉可制取漂白液，室溫下，0.1mol/L NaClO溶液的pH大于0.1mol/L Na₂SO₃溶液的pH（選填“大于”、“小于”或“等于”）；
濃度均為0.1mol/L的Na₂SO₃和Na₂CO₃的混合溶液中，SO₃^2-、CO₃^2-、HSO₃^-、HCO₃^-濃度從大到小的順序為c（SO₃^2-）＞c（CO₃^2-）＞c（HCO₃^-）＞c（HSO₃^-）．
已知：HClO       Ka₁=2.95×10^-8
H₂SO₃      Ka₁=1.54×10^-2    Ka₂=1.02×10^-7
H₂CO₃      Ka₁=4.3×10^-7     Ka₂=5.6×10^-11
（二）氫氣是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉�，以太陽能為熱能，熱化學硫碘循環(huán)分解水是一種高效、無污染的制氫方法．其反應過程如圖所示：

（3）反應I的化學方程式是SO₂+I₂+2H₂O=2HI+H₂SO₄．
（4）反應Ⅱ：2H₂SO₄（l）═2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）△H=+550kJ•mol^-1
它由兩步反應組成：
i．H₂SO₄（l）═SO₃（g）+H₂O（g）△H=+177kJ•mol^-1
ii．SO₃（g）分解．
①書寫SO₃（g）分解的熱化學方程式2SO₃（g）?2SO₂（g）+O₂（g）△H=+196kJ•mol^-1．
②L（L_l，L₂），X可分別代表壓強或溫度，下圖表示L一定時，ii中SO₃（g）的平衡轉化率隨X的變化關系．
X代表的物理量是壓強；判斷L_l，L₂的大小關系L₂＞L₁．

Answer 1

分析 （1）用惰性電極電解飽和食鹽水時，陽極上氯離子放電生成氯氣、陰極上水得電子生成氫氣和氫氧根離子；離子交換膜只有離子能通過，能防止氯氣和堿反應、與氫氣反應；
（2）H₂SO₃K_i1=1.54×10^-2，K_i2=1.02×10^-7，HClOK_i1=2.95×10^-8 ，說明ClO^-水解程度大于SO₃^2-；H₂SO₃K_i1=1.54×10^-2 K_i2=1.02×10^-7，H₂CO₃K_i1=4.3×10^-7K_i2=5.6×10^-11．說明SO₃^2-水解程度小于CO₃^2-；
（3）根據圖知，SO₂、I₂、H₂O是反應物，HI、H₂SO₄是生成物，根據反應物和生成物書寫方程式；
（4）①a.2H₂SO₄（l）═2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）△H=+550kJ•mol^-1
b．H₂SO₄（l）═SO₃（g）+H₂O（g）△H=+177kJ•mol^-1
將方程式a-2b得2SO₃（g）?2SO₂（g）+O₂（g）焓變進行相應的改變；
②由圖可知，X越大，轉化率越低；
分解反應為吸熱反應，溫度高，轉化率大．

解答 解：（1）用惰性電極電解飽和食鹽水時，陽極上氯離子放電生成氯氣、陰極上水得電子生成氫氣和氫氧根離子，電池反應式為2H₂O+2Cl^-$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Cl₂↑+2OH^-+H₂↑；離子交換膜只有離子能通過，能防止氯氣和堿反應、與氫氣反應，
故答案為：2H₂O+2Cl^-$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Cl₂↑+2OH^-+H₂↑；能得到純度更高的氫氧化鈉溶液、避免Cl₂與H₂反應（合理即給分）；
（2）H₂SO₃ K_i1=1.54×10^-2，K_i2=1.02×10^-7，HClOK_i1=2.95×10^-8 ，說明ClO^-水解程度大于SO₃^2-，0.1mol/L NaClO溶液的pH大于0.1mol/L Na₂SO₃溶液的pH，依據電離平衡常數大小比較，H₂SO₃K_i1=1.54×10^-2 K_i2=1.02×10^-7，H₂CO₃K_i1=4.3×10^-7K_i2=5.6×10^-11．說明SO₃^2-水解程度小于CO₃^2-，濃度均為0.1mol/L的Na₂SO₃和Na₂CO₃的混合溶液中，SO₃^2-、CO₃^2-、HSO₃^-、HCO₃^-濃度從大到小的順序為c（SO₃^2-）＞c（CO₃^2-）c（HCO₃^-）＞c（HSO₃^-），
故答案為：大于；c（SO₃^2-）＞c（CO₃^2-）＞c（HCO₃^-）＞c（HSO₃^-）；
（3）根據圖知，SO₂、I₂、H₂O是反應物，HI、H₂SO₄是生成物，根據反應物和生成物書寫方程式為SO₂+I₂+2H₂O=2HI+H₂SO₄，故答案為：SO₂+I₂+2H₂O=2HI+H₂SO₄；
（4）①a.2H₂SO₄（l）═2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）△H=+550kJ•mol^-1
b．H₂SO₄（l）═SO₃（g）+H₂O（g）△H=+177kJ•mol^-1
將方程式a-2b得2SO₃（g）?2SO₂（g）+O₂（g）△H=（+550kJ•mol^-1
）-2（+177kJ•mol^-1）=+196 kJ•mol^-1，
故答案為：2SO₃（g）?2SO₂（g）+O₂（g）△H=+196 kJ•mol^-1；
②由圖可知，X越大，轉化率越低，升高溫度轉化率增大，則X表示壓強；
由SO₃（g）=SO₂（g）+O₂（g）△H＞0，溫度高，轉化率大，圖中等壓強時L₂對應的轉化率大，則L₁＜L₂，
故答案為：壓強；L₂＞L₁．

點評 本題考查電解原理、蓋斯定律、圖象分析，為高頻考點，明確電解原理、蓋斯定律及外界條件對化學平衡影響是解本題關鍵，側重考查學生分析推斷及計算能力，注意圖象中曲線變化趨勢與外界條件的關系，題目難度不大．