Question

5．以化学反应原理为依据，以实验室研究为基础，可以实验许多化工生产
Ⅰ．分解水制氢气的工业制法之一是“硫-碘循环法”，主要涉及下列反应：
①SO₂+2H₂O+I₂=H₂SO₄+2HI ②2HI?H₂+I₂ ③2H₂SO₄=2SO₂+O₂+2H₂O
（1）分析上述反应，下列判断正确的是bc
a．循环过程中产生1molO₂的同时产生1molH₂
b．反应①中SO₂还原性比HI强
c．循环过程中需补充H₂O
d．反应③易在常温下进行
（2）一定温度下，向2L密闭容器中加入1molHI（g），发生反应②，H₂物质的量随时间的变化如图1所示，0-2min内的平均反应速率v（HI）=0.05mol/（L．min）；HI的转化率=20%
（3）恒温恒容条件下，硫发生转化的反应过程和能量关系如图2所示．请回答下列问题：
①写出能表示硫的燃烧热的热化学方程式S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H=-297 KJ•mol^-1
②恒温恒容时，1molSO₂和2molO₂充分反应，放出热量的数值比|△H₂|大（填“大”、“小”或“相等”）
Ⅱ．氮化硅（Si₃N₄）是一种新型陶瓷材料，工业上可由石英与焦炭的高温的氮气流中，通过以下反应制得：
3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）?Si₃N₄（s）+6CO（g）△H＜0
（1）该反应平衡常数的表达式为K=$\frac{{c}^{6}（CO）}{{c}^{2}（{N}_{2}）}$，升高温度，其平衡常数减小（填“增大”、“减少”或“不变”）
（2）该化学反应速率与反应时间的关系如图3所示，t₂时引起v_正突变的原因是增大了氮气的浓度，t₃引起变化的因素为加入催化剂，t₅时引起v_正小变化、v_逆大变化的原因是升高温度或增大压强（或缩小容器体积）

Answer 1

分析 I．（1）a．由③可知产生lmolO₂的同时产生2molSO₂，由①可知2molSO₂生成4molHI，由②可知4molHI分解生成2mol H₂；
b．还原剂还原性强于还原产物的还原性；
c．反应①中1molSO₂消耗2molH₂O生成1molH₂SO₄，反应③中1molH₂SO₄分解生成1molSO₂与1molH₂O；
d．硫酸常温下，不易分解；
（2）由图可知，2min内H₂物质的量的变化量，根据ν=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$计算v（H₂），再利用化学反应速率之比等于化学计量数之比计算v（HI）；
计算参加反应HI物质的量，HI的转化率=$\frac{参加反应的HI物质的量}{HI起始物质的量}$×100%；
（3）①燃烧热是指1mol可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热量，由图可知硫的燃烧热为297kj/mol，表明物质的聚集状态书写热化学方程式；
②恒温恒容时，1molSO₂和2molO₂充分反应，到达的平衡状态，相当于在Ⅱ平衡的基础上再加入1molO₂，平衡向正反应方向移动，平衡时放出的热量较Ⅱ到达平衡时放出的热量多；
Ⅱ．（1）平衡常数是，一定温度下，可能反应得到平衡时，生成物浓度系数次幂之积与反应物浓度系数次幂之积的比值，注意固体和纯液不代入表达式；
正反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应分析移动，平衡常数减小；
（2）t₂时瞬间，v_正增大、v_逆不变，应是增大反应物浓度；
t₃时刻，平衡未移动，正逆反应速率同等程度增大，而两边气体的化学计量数不等，故不是增大压强，应是加入催化剂；
t₅时引起v_逆、v_正都变大，但v_逆＞v_正平衡逆向移动，正反应为气体体积增大的放热反应，可能是升高温度或增大压强．

解答 解：I．（1）a．由③可知产生lmolO₂的同时产生2molSO₂，由①可知2molSO₂生成4molHI，由②可知4molHI分解生成2mol H₂，故循环过程中产生1molO₂的同时产生2molH₂，故a错误；
b．反应中二氧化硫表现还原性，HI为还原产物，还原剂还原性强于还原产物的还原性，故b正确；
c．反应①中1molSO₂消耗2molH₂O生成1molH₂SO₄，反应③中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．硫酸常温下温度，不易分解，故d错误，
故答案为：bc；
（2）由图可知，2min内氢气的物质的量增加了0.1mol，体积为2L，故v（H₂）=$\frac{\frac{0.1mol}{2L}}{2min}$=0.025mol/L，则v（HI）=2v（H₂）=0.025mol/（L．min）×2=0.05mol/（L．min）；
参加反应的HI为0.1mol×2=0.2mol，故HI的转化率为$\frac{0.2mol}{1mol}$×100%=20%，
故答案为：0.05mol/（L．min）；20%；
（3）①燃烧热是指1mol可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热量，由图1可知1molS（s）完全燃烧放出的热量为297KJ，所以硫的燃烧热的热化学方程式为：S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H=-297 KJ•mol^-1，
故答案为：S（s）+O₂（g）═SO₂（g）△H=-297 KJ•mol^-1；
②恒温恒容时，1molSO₂和2molO₂充分反应，到达的平衡状态，相当于在Ⅱ平衡的基础上再加入1molO₂，平衡向正反应方向移动，平衡时放出的热量较Ⅱ到达平衡时放出的热量多，即恒温恒容时，1molSO₂和2molO₂充分反应，放出热量的数值比|△H₂|大，
故答案为：大；
Ⅱ．（1）可逆反应：3SiO₂（s）+6C（s）+2N₂（g）?Si₃N₄（s）+6CO（g）△H＜0，其平衡常数表达式K=$\frac{{c}^{6}（CO）}{{c}^{2}（{N}_{2}）}$，正反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应分析移动，平衡常数减小，
故答案为：$\frac{{c}^{6}（CO）}{{c}^{2}（{N}_{2}）}$；减小；
（2）t₂时瞬间，v_正增大、v_逆不变，应是增大反应物浓度，即增大氮气的浓度；
t₃时刻，平衡未移动，正逆反应速率同等程度增大，而两边气体的化学计量数不等，故不是增大压强，应是加入催化剂；
t₅时引起v_逆、v_正都变大，但v_逆＞v_正平衡逆向移动，正反应为气体体积增大的放热反应，可能是升高温度或增大压强（或缩小容器体积），
故答案为：增大了氮气的浓度；加入催化剂；升高温度或增大压强（或缩小容器体积）．

点评 本题属于拼合型题目，涉及对工艺流程的理解、热化学方程式书写、平衡常数、平衡移动影响因素及平衡图象等，图3注意分析改变条件瞬间正逆反应速率变化、判断平衡移动，结合外界条件对反应速率影响及反应特征进行分析，难度中等．