Question

分解水制氢气的工业制法之一是硫——碘循环，主要涉及下列反应：
I   SO₂+2H₂O+I₂→H₂SO₄+2HI         
II   2HIH₂+I₂
III  2H₂SO₄ → 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还原性比HI强
c．循环过程中需补充H₂O        d．循环过程中产生1molO₂的同时产生1molH₂
（2）一定温度下，向2L密闭容器中加入1molHI（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，反应2HI（g）H₂（g）+I₂（g）的平衡常数表达式为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）SO₂在一定条件下可氧化生成SO₃，其主反应为：2SO₂ (g) + O₂(g) 2SO₃(g) + Q，若此反应起始的物质的量相同，则下列关系图正确的是_________ (填序号)
 
实际工业生产使用的条件是：常压、____________________________________选择该条件的原因是__________________。
（4）实际生产用氨水吸收SO₂生成亚硫酸的铵盐。现取a克该铵盐，若将其中的SO₂全部反应出来，应加入18.4 mol/L的硫酸溶液的体积范围为______________。

Answer 1

（1）bc（2分）
（2）0.05mol·L^－1·min^－1；；b (各1分)
（3）bd；五氧化二钒、500℃；加快反应速度。（共5分） 
（4）a/116×18.4～a/198×18.4 （2分）

解析试题分析：（1）a．反应III2H₂SO₄ → 2SO₂+O₂+2H₂O是分解反应，要在高温下进行。b．根据还原剂的还原性强于还原产物的还原性，故反应I中SO₂还原性比HI强，正确。c．水在循环过程中始终消耗，故需补充H₂O，正确。d．根据电子守恒，循环过程中产生1molO₂转移4mol电子，同时产生2molH₂，错误。故选bc。
（2）根据平均反应速率v(HI)="2v(H2)=2*0.1/(2*2" )= 0.05mol·L^－1·min^－。该温度下，反应2HI（g）H₂（g）+I₂（g）的平衡常数表达式为K=。相同温度下，若开始加入HI（g）的物质的量是原来的2倍，根据反应前后体积不变这个特点可知与原平衡是等效平衡，则HI的平衡浓度是原来的2倍，而平衡常数只与温度有关，温度不变，平衡常数也不变，平衡时H₂的体积分数相同。
（3）根据反应2SO₂ (g) + O₂(g) 2SO₃(g) + Q的特点，正反应体积减小，放热反应，故关系图正确的是bd。实际工业生产还要根据设备的成本，反应速率及催化剂的适宜温度综合考虑故使用的条件是：常压、五氧化二钒、500℃；选择该条件的原因是加快反应速度。
（4）亚硫酸的铵盐正盐和酸式盐两种情况。若a克分别是两种铵盐时，应加入18.4 mol/L的硫酸溶液的体积设为v，则
(NH₄)₂SO₃  -----H₂SO₄   2NH₄HSO₃----H₂SO₄
a/116         a/116     a/99        a/198
v=a/116×18.4                 v=a/198×18.4，应加入18.4 mol/L的硫酸溶液的体积范围为a/198×18.4----a/116×18.4。
考点：本题考查化学平衡状态，化学平衡常数，反应速率计算，用极值法解决化学计算。