Question

17．硫-碘循环分解水制氢主要涉及下列反应：

ⅠSO₂+2H₂O+I₂═H₂SO₄+2HI
Ⅱ2HI?H₂+I₂
Ⅲ2H₂SO₄═2SO₂+O₂+2H₂O
（1）分析上述反应，下列判断正确的是c．
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H₂O
d．循环过程产生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）=0.1mol•L^-1•min^-1．该温度下，H₂（g）+I₂（g）
2HI（g）的平衡常数K=64．
相同温度下，若开始加入HI（g）的物质的量是原来的2倍，则b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，若加入少量下列试剂中的b，产生H₂的速率将增大．
a．NaNO₃　　　　b．CuSO₄        c．Na₂SO₄         d．NaHSO₃
（4）以H₂为燃料可制作氢氧燃料电池．
已知2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△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80%．

Answer 1

分析 （1）a．硫酸常温下，不易分解．
b．反应中二氧化硫表现还原性，氧化性比HI强．
c．1molSO₂消耗2molH₂O生成1molH₂SO₄，1molH₂SO₄分解生成1molSO₂与1molH₂O．
d．由Ⅲ可知产生lmolO₂的同时产生2molSO₂，由I可知2molSO₂生成4molHI，由Ⅱ可知4molHI分解生成2mol H₂．
（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；根据反应方程式写平衡表达式，结合平衡浓度计算平衡常数，化学方程式改变方向，平衡常数互为倒数；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）依据影响化学反应速率因素分析判断增大反应速率的试剂，注意原电池反应的分析判断；
（4）先根据热化学方程式式求出生成1mol液态水，理论上放出的能量，然后根据电池的能量转化率=$\frac{实际生成量}{理论生成量}$×100%．

解答 解：（1）a．硫酸常温下温度，不易分解，故a错误；
b．反应中二氧化硫表现还原性，还原性比HI强，碘单质氧化性大于二氧化硫，故b错误；
c．1molSO₂消耗2molH₂O生成1molH₂SO₄，1molH₂SO₄分解生成1molSO₂与1molH₂O，循环中水的量减少，故应补充水，故c正确；
d．由Ⅲ可知产生lmolO₂的同时产生2molSO₂，由I可知2molSO₂生成4molHI，由Ⅱ可知4molHI分解生成2mol H₂，即循环过程中产生l mol O₂的同时产生2mol H₂，故d错误；
故选：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$\frac{0.1mol}{1L}$=0.1mol/L，用氢气表示的化学反应速率为$\frac{0.1mol/L}{2min}$=0.05mol/（L．min），
由反应中的化学计量数可知v（HI）=0.05mol/（L．min）×2=0.1mol/（L．min）；根据方程式计算平衡浓度，c（H₂）=0.1mol/L，c（I₂）=0.1mol/L，c（HI）=0.8mol/L，写出平衡常数表达式计算：K=$\frac{c（H{\;}_{2}）c（I{\;}_{2}）}{c{\;}^{2}（HI）}$=$\frac{0.1×0.1}{0．{8}^{2}}$=$\frac{1}{64}$，则该温度下，H₂（g）+I₂（g）?2HI（g）的平衡常数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^-1•min^-1；64；b；
（3）a．加入NaNO₃ 溶液相当于稀释溶液浓度减小，反应速率减小，故a不符合；
 b．加入CuSO₄ 溶液，和锌反应生成铜，铜和锌在稀硫酸溶液中形成原电池反应，生成氢气速率增大，故b符合；
c．加入Na₂SO₄溶液相当于稀释溶液浓度减小，反应速率减小，故c不符合；
d．加入NaHSO₃ 溶液会消耗硫酸，生成氢气的反应速率减小，故d不符合；
故答案为：b；　
（4）生成1mol液态水，理论上放出的能量为$\frac{572KJ}{2}$=286KJ，电池的能量转化率=$\frac{实际生成量}{理论生成量}$×100%=$\frac{228.8KJ}{286KJ}$×100%=80%，
故答案为：80%．

点评 本题主要考查了反应方程式的分析及计算，反应平衡图象，平衡常数、反应速率概念计算应用，难度中等．对于图象，要看清图象的含义、拐点、平衡点，结合平衡移动规律进行判断．