Question

硫一碘循环分解水制氢主要涉及下列反应：
ⅠSO₂+2H₂O+I₂═H₂SO₄+2HI
Ⅱ2HIH₂+I₂
Ⅲ2H₂SO₄═2SO₂+O₂+2H₂O
（1）分析上述反应，下列判断正确的是______．
a．反应Ⅲ易在常温下进行b．反应Ⅰ中SO₂氧化性比HI强
c．循环过程中需补充H₂Od．循环过程中产生1mol O₂的同时产生1mol H₂
（2）一定温度下，向1L密闭容器中加入1mol HI（g），发生反应Ⅱ，H₂物质的量随时间的变化如图所示．
0～2min内的平均反应速率v（HI）=______．该温度下，H₂（g）+I₂（g）2HI（g）的平衡常数K=______．
相同温度下，若开始加入HI（g）的物质的量是原来的2倍，则______是原来的2倍．
a．平衡常数    b．HI的平衡浓度    c．达到平衡的时间    d．平衡时H₂的体积分数
（3）实验室用Zn和稀硫酸制取H₂，反应时溶液中水的电离平衡______移动（填“向左”“向右”或者“不”）；若加入少量下列试剂中的______，产生H₂的速率将增大．
a．NaNO₃ b．CuSO₄      c．Na₂SO₄         d．NaHSO₃
（4）以H₂为燃料可制成氢氧燃料电池．
已知  2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（I）△H=-572KJ．mol^-1某氢氧燃料电池释放228.8KJ电能时，生成1mol液态水，该电池的能量转化率为______．

Answer 1

【答案】分析：（1）根据已知的反应来分析物质的性质，并利用氧化还原反应来分析氧化性的强弱，利用三个已知反应可得到分解水制氢气的反应来解答；
（2）由图可知，2min内H₂物质的量的变化量，然后计算化学反应速率，再利用化学反应速率之比等于化学计量数之比来解答；利用三段法计算平衡时各物质的浓度，根据平衡常数的表达式来计算即可；利用浓度对化学平衡的影响来分析HI的平衡浓度、达到平衡的时间、平衡时H₂的体积分数，但温度不变，平衡常数不变；
（3）根据氢离子浓度的变化来分析水的电离平衡移动，并利用原电池原理来分析反应速率加快的原因；
（4）根据热化学反应方程式计算生成1mol水放出的能量，再利用燃料电池释放228.8KJ电能来计算电池的能量转化率．
解答：解：（1）因硫酸在常温下稳定，则反应Ⅲ常温下不发生，故a错；由反应Ⅰ可知，还原剂的还原性大于还原产物的还原性，则还原性SO₂＞HI，即SO₂的氧化性比HI的弱，故b错；
由反应Ⅰ×2+Ⅱ×2+Ⅲ可得到2H₂O═2H₂+O₂，则该循环中消耗水，需要及时补充水，故c正确；循环过程中产生1molO₂的同时产生2molH₂，故d错；故答案为：c；
（2）由图可知2min内氢气的物质的量增加了0.1mol，则氢气的浓度为=0.1mol/L，用氢气表示的化学反应速率为=0.05mol/（L．min），
由反应中的化学计量数可知v（HI）为0.05mol/（L．min）×2=0.1mol/（L．min）；
          2HI（g）H₂（g）+I₂（g）
开始浓度  1molL            0      0
转化浓度  0.2mol/L         0.1mol/L   0.1mol/L
平衡浓度  0.8mol/L          0.1mol/L   0.1mol/L
则该温度下K₁==，
又 2HI（g）H₂（g）+I₂（g）与H₂（g）+I₂（g）2HI（g）互为逆反应，则它们的化学平衡常数的乘积等于1，
即H₂（g）+I₂（g）2HI（g）的化学平衡常数K==64，
对该反应，当温度不变开始加入HI（g）的物质的量是原来的2倍，则温度不变，K不变，故a错；物质的量为原来的2倍，该反应是反应前后气体体积相等的反应，
则反应体系中各物质的浓度都是原来的2倍，故b正确；物质的量增大，则化学反应速率先增大的快，后随浓度的减小，速率增大的程度变小，故c错；
由反应方程式及原来的量与后来的量成正比，则这两种情况下建立的平衡为等效平衡，即平衡时H₂的体积分数相同，故d错；
故答案为：0.1mol/L．min；64；b；
（3）由水的电离平衡为H₂O?H⁺+OH^-，则硫酸电离出的c（H⁺）对水的电离起抑制作用，当Zn消耗了H⁺，c（H⁺）减小，水的电离平衡向右移动；若加入NaNO₃，溶液
具有硝酸的强氧化性，则不会生成氢气；加入NaHSO₃会和H⁺反应，降低c（H⁺），则反应速率减慢；Na₂SO₄ 的加入，离子不参与反应，则对化学反应速率无影响；
加入CuSO₄ 后，Zn与硫酸铜溶液反应置换出Cu，则构成原电池加快了化学反应速率，故答案为：向右；b；
（4）由2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（I）△H=-572KJ．mol^-1可知，生成1mol水时放出的热量为572KJ×=286KJ，
则电池的能量转化率为为×100%=80%，故答案为：80%．
点评：本题较复杂，考查的知识点多，注重了基础知识和基本技能的训练，同时体现新课程改革的指导思想，明确氧化还原反应、平衡移动、电化学的知识点是解答本题的关键．