Question

【题目】煤、氢气是常见能源，燃煤烟气中的氮硫氧化物要污染环境，氢气是一种清洁高效的新型能源，如何消除烟气中氮硫氧化物和经济实用的制取氢气成为重要课题。

(1)硫碘循环分解水是一种高效、环保的制氢方法，其流程图如图。

已知：

反应 I:2H2O (1)=2 H2(g) +O2(g) △H1 = +572kJmol-1

反应 II :H2SO4(aq) =SO2 (g) + H2O (l) +O2 ( g) △H2= +327 kJ mol-1

反应 III:2 HI( aq)=H2 ( g) + I2(g) △H3 =+172k.Jmol-1

则反应SO2 (g)+I2 (g) + 2 H2O (l)=2 HI(aq) + H2SO4 (aq) △H =__________。

(2)用某氢化物 H2 R 高效制取氢气 ，发生的反应为2 H2R(g) R2(g) +2H2 ( g) 。

I.若起始时容器中只有H2R, 平衡时三种物质的物质的量与裂解温度的关系如图1。

①图中曲线n 表示的物质是__________（填化学式）。

②C点时,设容器内的总压为p Pa,则平衡常数KP =____________ (用平衡分压代替平衡浓度计算，分压 ＝总压×物质的量分数）。

II.若在两个等体积的恒容容器中分别加入2.0 mol H 2R、1. 0 molH2R,测得不同温度H2R的平衡转化率如图2 所示。

①M点和O正反应速率v( M) ________v( O) (填“>”“<”或“=”,下同）。

②M 、O 两点容器内的压强P(O)______2 P( M) 。

③平衡常数K( M)_____________K( N)。

(3)以连二硫酸根( S2O42-) 为媒介，使用间接电化学法处理燃煤烟气中的NO, 装置如图所示：

①从 A 口中出来的物质是________________。

②写出电解池阴极的电极反应式________________。

③用离子方程式表示吸收池中除去NO 的原理 ___________________________。

Answer 1

【答案】- 785kJmol-1 H2 p Pa < < < O2(或氧气）和较浓的硫酸 2HSO3-+ 2H ++ 2e –=S2O42-+ 2H2O 2NO +2S2O42-+ 2H2O=N2+ 4 HSO3-

【解析】

(1)利用盖斯定律进行计算反应SO2(g)+I2(g) + 2 H2O (l)=2 HI(aq) + H2SO4(aq)的△H；

(2) I .由反应方程式2H2R(g)R2(g) +2H2 ( g)可 知，若起始时容器中只有H2R，平衡时R2的物质的量为H2的，则曲线l表示的物质是R2， 曲线m表示的物质是H2R， 曲线n表示的物质是H2，据此分析解答；

II.反应2H2R(g)R2(g) +2H2 ( g)中，H2R的物质的量增加，其平衡转化率反而减小，即M.点和O点分别所在的曲线代表H2R的起始量为2.0mol和1.0mol，据此解答；

(3)根据电池原理进行分析解答。

(1)根据盖斯定律，由-I- II -Ⅲ得反应SO2(g)+I2(g) + 2 H2O (l)=2 HI(aq) + H2SO4(aq)△H=- 785kJmol-1；

(2)I .①由反应方程式2H2R(g)R2(g) +2H2 ( g)可知， 若起始时容器中只有H2R，平衡时R2的物质的量为H2的，则曲线n 表示的物质是H2；

②根据A点可知，起始时硫化氢为20mol，B点时，H2R与R2的物质的量相等，设分解的H2R为x，则20-x=，解得x=mol，容器中含有H2Rmol，R2mol，H2mol，物质的量分数分别为，，，平衡常数Kp=；

II.①反应2R(g)R2(g) +2H2 ( g)中，H2R的物质的量增加，其平衡转化率反而减小，即M点和O点分别所在的曲线代表H2R的起始量为2.0mol和1.0mol， 恒容容器中，M点的浓度小于0点，则逆反应速率v(M)< v(O)；

②由图像可知，H2R的转化率分别为45%和37.5%，可列三段式有：

n(总)M=1.1+0.45+0.9=2.45mol，

n(总)O=0.25+0.375+0.75=1.375mol，2n(总)O=2.75 mol >n(总)M=2.45mol，又图像可知TM=TO，由PV=nRT可得，P(O)<2 P( M)；

③由图中曲线可知，升高温度H2R的转化率增大，平衡正向移动，K值增大，则正反应为吸热反应，因T( M)< T( N)，故平衡常数K( M)< K( N)；

(3)①阳极电解质溶液为稀H2SO4，在阳极，溶液中水电离产生的OH-失去电子发生氧化反应，电极反应式为: 2H2O-2e-=O2↑+4H+，由于水不断放电消耗，所以阳极区H2SO4溶液浓度不断增大，所以从A口中出来的物质的是O2和较浓的硫酸；

②在电解池阴极上得到电子发生还原反应，根据图可知是HSO3-在酸性条件下发生还原反应，生成S2O42-，其电极反应式为2HSO3-+2e-+2H+=S2O42-+2H2O；

③根据图示，吸收池中S2O42-和NO是反应物，N2和HSO3-是生成物，则根据电子守恒、电荷守恒、原子守恒，可得吸收池中除去NO的原理是2NO +2S2O42-+ 2H2O=N2+ 4 HSO3-。