Question

氫氣是一種清潔能源．科學(xué)家探究太陽能制氫技術(shù)，設(shè)計流程圖如圖甲：

信息提示：以下反應(yīng)均在150℃發(fā)生
2H（aq）?H₂（g）+I₂（g）△H₁
SO₂（g）+I₂（g）+2H₂O（g）═H₂SO₄（J）+2HI（g）△H₂
2H₂SO₄（I）?2H₂O（g）+2SO₂（g）+O₂（g）△H₃
2H₂O（g）=2H₂（g）+O₂（g）△H₄
請回答下列問題：
（1）△H₄與△H₁、△H₂、△H₃之間的關(guān)系是：△H₄=

 

．
（2）該制氫氣技術(shù)的優(yōu)點是

 

，若反應(yīng)SO₂（g）+I₂（g）+2H₂O（g）═H₂SO₄（I）+2HI（g）在150℃下能自發(fā)進行，則△H

 

 0（填“＞“，“＜“或“=”）．
（3）在某溫度下，H₂SO₄在不同催化劑條件下，分解產(chǎn)生氧氣的量隨時間變化如圖乙所示．計算0～4小時在A催化劑作用下，H₂SO₄分解的平均速率v（O₂）=

 

μmolh^-1．

下列說法正確的是

 

．
A．H₂S0₄分解反應(yīng)的活化能大小順序是：E_a（A）＞E_a（B）＞E_a（C）
B．若在恒容絕熱的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，當(dāng)K值不變時，說明該反應(yīng)已經(jīng)達到平衡
C．v（O₂）_正=2v（SO₂）_逆，則該反應(yīng)已經(jīng)達到平衡
D．不同催化劑的催化效果不同，是因為活化分子百分數(shù)不相同
（4）寫出2HI（g）?H₂（g）+I₂（g）的平衡常數(shù)表達式K=

 

．在恒溫恒容的密閉容器中發(fā)生2HI（g）?H₂（g）+I₂（g）反應(yīng)，測得HI與H₂的濃度隨時間變化數(shù)據(jù)如下表：
請根據(jù)表格在下圖畫出c（H₂）隨時間變化的曲線圖，并在圖中標出交點的縱坐標．

時間（min）	0	2	4	6	8
c（HI）mol?L-1	8.0	5.0	3.0	2.0	2.0
c（H2）mol?L-1	0

Answer 1

考點：用蓋斯定律進行有關(guān)反應(yīng)熱的計算,焓變和熵變,化學(xué)平衡常數(shù)的含義

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律，將前3個熱化學(xué)方程式變形，混合運算推出熱化學(xué)式2H₂O（g）=2H₂（g）+O₂（g）△H₄；
（2）流程圖可知該過程中物質(zhì)可以循環(huán)利用，能量源于太陽能是新型的清潔能源，據(jù)此解答；
      反應(yīng)能否自發(fā)進行說明△H-T△S＜0，根據(jù)方程式判斷出△S正負，分析△H的符號；
（3）根據(jù)圖象判斷0～4小時生成氧氣的物質(zhì)的量，利用公式v（O₂）=

△n(O2)

△t

計算；
 使用催化劑，可以降低反應(yīng)的活化能，增大活化分子的百分數(shù)，加快反應(yīng)速率，不同的催化劑對活化能的改變不同，根據(jù)反應(yīng)速率可以判斷活化能的大小；
化學(xué)平衡狀態(tài)的特征：等、定也是判斷可逆反應(yīng)是否達到化學(xué)平衡的標志，據(jù)此分析解答；
（4）平衡常數(shù)=

生成物濃度冪之積

反應(yīng)物濃度冪之積

，反應(yīng)體系中固體和純液態(tài)物質(zhì)不列入平衡常數(shù)表達式．
依據(jù)反應(yīng)方程式結(jié)合圖標中C（HI）起始濃度分別求出不同時刻C（H₂），根據(jù)圖表中給出的不同時刻氫氣濃度的大小畫圖．

解答： 解：（1）2H（aq）?H₂（g）+I₂（g）△H₁                ①
SO₂（g）+I₂（g）+2H₂O（g）═H₂SO₄（J）+2HI（g）△H₂②
2H₂SO₄（I）?2H₂O（g）+2SO₂（g）+O₂（g）△H₃           ③
2H₂O（g）=2H₂（g）+O₂（g）△H₄                        ④
根據(jù)蓋斯定律①×2+②×2+③得2H₂O（g）=2H₂（g）+O₂（g），所以△H₄=2△H₁+2△H₂+△H₃ ，
故答案為：2△H₁+2△H₂+△H₃ ；
（2）從流程圖可知，該過程中物質(zhì)能夠循環(huán)利用，能源來自太陽能，潔凈無污染，且取之不盡，用之不竭，SO₂（g）+I₂（g）+2H₂O（g）═H₂SO₄（I）+2HI（g）該反應(yīng)氣體系數(shù)減小，是個熵值減小的應(yīng)，即△S＜0，在150℃下能自發(fā)進行說明△H-T△S＜0，結(jié)合△S＜0可以判斷△H＜0，
故答案為：物質(zhì)能夠循環(huán)利用，能源來自太陽能，潔凈無污染，且取之不盡，用之不竭；＜；
（3）根據(jù)圖象判斷0～4小時生成氧氣的物質(zhì)的量5000μmol，所以v（O₂）=

△n(O2)

△t

=1250μmolh^-1，故答案為1250；
A．根據(jù)圖表可知在0-4小時，ABC三種條件下生成的氧氣的量依次減少，可以判斷在三種不同催化劑作用下反應(yīng)速率V（A）＞V（B）＞V（C），活化能越小反應(yīng)速率越快，故活化能順序為：E_a（A）＜E_a（B）＜E_a（C），故A錯誤；
B．K只與溫度有關(guān)，K不變說明溫度不變，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．根據(jù)同一個反應(yīng)用不同物質(zhì)表示的速率之比等于計量系數(shù)之比得：v（O₂）_逆=

1

2

v（SO₂）_逆，若v（O₂）_正=2v（SO₂）_逆，則v（O₂）_逆≠v（O₂）_正，該反應(yīng)未達到平衡狀態(tài)，故C錯誤；
D．不同的催化劑對同一個反應(yīng)活化能改變程度不同，活化能不同，活化分子百分比不同，故D正確；
故答案為：BD．
（4）根據(jù)方程式2HI（g）?H₂（g）+I₂（g）得：K=

[H2][I2]

[HI]2

，
故答案為：

[H2][I2]

[HI]2

；
  根據(jù)方程式：2HI（g）?H₂（g）+I₂（g）知反應(yīng)消耗的HI的量是生成的H₂的量的2倍，則
0-2min 消耗c（HI）為3.0mol/L 生成c（H₂）為1.5mol/L；
0-4min 消耗c（HI）為5.0mol/L 生成c（H₂）為2.5mol/L；
0-6min 消耗c（HI）為6.0mol/L 生成c（H₂）為3mol/L；
0-8min 消耗c（HI）為6.0mol/L 生成c（H₂）為3mol/L，反應(yīng)達到平衡；
圖中幾個點的坐標分別為：（0，0）、（2，1.5）、（4，2.5）、（6，3）、（8，3），則圖象為，
故答案為：

時間（min）	0	2	4	6	8
c（HI）mol?L-1	8.0	5.0	3.0	2.0	2.0
c（H2）mol?L-1	0	1.5	2.5	3	3

；．

點評：本題考查了蓋斯定律求反應(yīng)熱的應(yīng)用，反應(yīng)自發(fā)進行的判據(jù)，催化劑對反應(yīng)速率的影響，化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷，平衡常數(shù)的計算，題目綜合性強，難度中等．