Question

氫能被視為未來的理想清潔能源，科學家預測“氫能”將是21世紀最理想的新能源．目前分解水制氫氣的工業(yè)制法之一是“硫-碘循環(huán)”，主要涉及下列反應：
ⅠSO₂+2H₂O+I₂=H₂SO₄+2HI
Ⅱ2HI?H₂+I₂
Ⅲ2H₂SO₄=2SO₂↑+O₂↑+2H₂O
（1）分析上述反應，下列判斷正確的是

 

．
a．反應Ⅲ易在常溫下進行b．反應I中SO₂還原性比HI強
c．循環(huán)過程中需補充H₂Od．循環(huán)過程中產生1molO₂的同時產生1molH₂
（2）一定溫度下，向2L密閉容器中加入1mol HI（g），發(fā)生反應Ⅱ，H₂物質的量隨時間的變化如圖1所示．0-2min內的平均反應速率v（HI）=

 

．該溫度下，反應2HI（g）?H₂（g）+I₂（g）的平衡常數K=

 

．相同溫度下，若開始加入HI（g）的物質的量是原來的2倍，則

 

是原來的2倍．
a．平衡常數           b．HI的平衡濃度c．達到平衡的時間      d．平衡時H₂的體積分數
（3）SO₂在一定條件下可被氧化生成SO₃，其反應為：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H＜0．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，電極為多孔的材料，能吸附氣體，同時也能使氣體與電解質溶液充分接觸．
①a電極的電極反應式為

 

；
②若得到的硫酸濃度仍為49%，則理論上參加反應的SO₂與加入的H₂O的質量比為

 

．
（4）實際生產還可以用氨水吸收SO₂生成亞硫酸的銨鹽．現取a克該銨鹽，若將其中的SO₂全部反應出來，應加入10mol/L的硫酸溶液的體積范圍為

 

．

Answer 1

考點：化學平衡的調控作用,原電池和電解池的工作原理,化學平衡的影響因素,化學反應速率和化學計量數的關系

專題：

分析：（1）a．硫酸常溫下，不易分解．
b．反應中二氧化硫表現還原性，SO₂還原性比HI強．
c．1molSO₂消耗2molH₂O生成1molH₂SO₄，1molH₂SO₄分解生成1molSO₂與1molH₂O．
d．由Ⅲ可知產生lmolO₂的同時產生2molSO₂，由I可知2molSO₂生成4molHI，由Ⅱ可知4molHI分解生成2mol H₂．
（2）由圖可知，2min內H₂物質的量的變化量，然后計算化學反應速率，再利用化學反應速率之比等于化學計量數之比來解答；根據反應方程式寫平衡表達式，結合平衡濃度計算平衡常數，化學方程式改變方向，平衡常數互為倒數；利用濃度對化學平衡的影響來分析HI的平衡濃度、達到平衡的時間、平衡時H₂的體積分數，但溫度不變，平衡常數不變；
（3）①SO₂來制備硫酸，SO₂被氧化，作還原劑，據此判斷電極和書寫電極反應；
②總方程為：SO₂+H₂O+

1

2

O₂ =H₂SO₄，先設加入的SO₂的量和加入的水的量，再根據方程求出生成硫酸的量和消耗的水的量；
（4）二氧化硫和氨水反應可生成亞硫酸銨或亞硫酸氫銨，計算出ag亞硫酸銨或亞硫酸氫銨放出二氧化硫消耗硫酸的體積．

解答： 解：（1）a．硫酸常溫下穩(wěn)定，不易分解，故a錯誤；
b．反應中二氧化硫表現還原性，還原性比HI強，故b正確；
c．1molSO₂消耗2molH₂O生成1molH₂SO₄，1molH₂SO₄分解生成1molSO₂與1molH₂O，循環(huán)中水的量減少，故應補充水，故c正確；
d．由Ⅲ可知產生lmolO₂的同時產生2molSO₂，由I可知2molSO₂生成4molHI，由Ⅱ可知4molHI分解生成2mol H₂，即循環(huán)過程中產生l mol O₂的同時產生2mol H₂，故d錯誤；
故答案為：bc；
（2）由圖可知2min內氫氣的物質的量增加了0.1mol，則氫氣的濃度為

0.1mol

2L

=0.05mol/L，用氫氣表示的化學反應速率為

0.05mol/L

2min

=0.025mol/（L．min），由反應中的化學計量數可知v（HI）=0.025mol/（L．min）×2=0.05mol/（L．min）；根據方程式計算平衡濃度，c（H₂）=0.05mol/L，c（I₂）=0.05mol/L，c（HI）=0.4mol/L，寫出平衡常數表達式計算：K=

c(H2)×c(I2)

c2(HI)

=

0.05×0.05

0．42

=

1

64

mol?L^-1?min^-1，對該反應，當溫度不變開始加入HI（g）的物質的量是原來的2倍，則溫度不變，K不變，故a錯；物質的量為原來的2倍，該反應是反應前后氣體體積相等的反應，則反應體系中各物質的濃度都是原來的2倍，故b正確；物質的量增大，則化學反應速率先增大的快，后隨濃度的減小，速率增大的程度變小，故c錯；
由反應方程式及原來的量與后來的量成正比，則這兩種情況下建立的平衡為等效平衡，即平衡時H₂的體積分數相同，故d錯；
故答案為：0.05mol?L^-1?min^-1；

1

64

；b；
（3）①SO₂來制備硫酸，SO₂被氧化，作還原劑，所以SO₂在負極反應，其電極反應式為SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺，故答案為：SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺；
  ②催化劑a處的反應為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺，
催化劑b處的反應為：

1

2

O₂+2H⁺+2e^-=H₂O，總方程為：SO₂+H₂O+

1

2

O₂=H₂SO₄設加入的SO₂為xg，H₂O為yg．則生成硫酸的質量為：

xg×98g/mol

64g/mol

，水的質量變化為：y-

xg×18g/mol

64g/mol

，根據二者的比值為49%，可以求得

x

y

=

8

15

，故答案為：8：15；
（4）（4）設ag亞硫酸銨完全轉化為二氧化硫消耗硫酸的體積為x，設ag亞硫酸氫銨完全轉化為二氧化硫消耗硫酸的體積為y：
（NH₄）₂SO₃ ～H₂SO₄
116        1mol
ag         10x

116

ag

=

1mol

10x

，解得x=

a

1160

L
2NH₄HSO₃ ～H₂SO₄
198g       1mol
ag         10y
解得：y=

a

1980

L，
因氨氣和二氧化硫反應可能生成亞硫酸銨或亞硫酸氫銨或為亞硫酸銨和亞硫酸酸氫銨的混合物，故消耗硫酸的范圍為：

a

1160

L～

a

1980

L，故答案為：

a

1160

L～

a

1980

L．

點評：本題主要考查的知識點較多，綜合性較強，難度較大，需要平時對化學平衡、電化學等有較好積累．