Question

化學反應原理在科研和生產中有廣泛應用。
（1）利用“化學蒸氣轉移法”制備TaS₂晶體，發生如下反應：
TaS₂（s）+2I₂（g） TaI₄（g）+S₂（g） （Ⅰ）
某溫度反應（Ⅰ）的K＝4，向某恒容密閉容器中加入1mol I₂（g）和足量TaS₂（s），I₂（g）的平衡轉化率為       　      。
（2）如下圖所示，反應（Ⅰ）在石英真空管中進行，先在溫度高（T₂）的一端放入未提純的TaS₂粉末和少量I₂（g），加熱一段時間后，在另一端溫度低（T₁）的一端得到了純凈的TaS₂晶體，則該正反應的△H    0（填“＞”或“＜”），上述反應體系中循環使用的物質是      。

（3）上圖為鈉硫高能電池的結構示意圖。該電池的工作溫度為320℃左右，電池反應為2Na + xS＝Na₂S_x，正極的電極反應式為____________________________。M（由Na₂O和Al₂O₃制得）的兩個作用是________________________________________________和隔離鈉與硫。
（4）寫出Na₂S溶液水解的離子方程式_______________________________________，Na₂S溶液中c(H^＋)+ c(Na^＋)＝________________。

Answer 1

（1）80%（2分）（2）＞（1分）； I₂（2分）（3）xS＋2e^－＝S_x^2－（2分）；離子導電（2分）
（4）S^2－＋H₂OHS^－＋OH^－、HS^－＋H₂OH₂S＋OH^－（2分，只寫第一步也可得分）
c(HS^－)+2c(S^2－)+c(OH^－) （2分）

試題分析：（1）    TaS₂（s）+2I₂（g） TaI₄（g）+S₂（g）
起始量（mol）           1             0       0
轉化量（mol）           2x            x       x
平衡量（mol）         1－2x           x       x
由于反應前后體積不變，因此可以用物質的量代替物質的量濃度表示其平衡常數，即
＝4＝
解得x＝0.4
所以I₂（g）的平衡轉化率為×100%＝80%
（2）加熱一段時間后，在另一端溫度低（T₁）的一端得到了純凈的TaS₂晶體，這說明低溫有利于TaS₂晶體的生成，因此逆反應是放熱反應，則正方應是吸熱反應，即△H＞0；先在溫度高（T₂）的一端放入未提純的TaS₂粉末和少量I₂（g），而最后又產生單質碘，因此單質碘是可以循環的物質。
（3）原電池中較活潑的金屬是負極，失去電子，發生氧化反應。電子經導線傳遞到正極，所以溶液中的陽離子向正極移動，正極得到電子，發生還原反應。根據方程式2Na + xS＝Na₂S_x可知，鈉是還原劑，做負極，S單質是氧化劑，在正極得到電子，因此正極反應式為xS＋2e^－＝S_x^2－。在熔融狀態下，Na₂O和Al₂O₃能電離出陰陽離子而使電解質導電，因此另外一種作用是離子導電。
（4）硫化鈉是強堿弱酸鹽，S^2－水解溶液顯堿性，因此Na₂S溶液水解的離子方程式為S^2－＋H₂OHS^－＋OH^－、HS^－＋H₂OH₂S＋OH^－；根據電荷守恒可知Na₂S溶液中c(H^＋)+ c(Na^＋)＝c(HS^－)+2c(S^2－)+c(OH^－)。