Question

氫能被視為未來的理想清潔能源，科學(xué)家預(yù)測(cè)“氫能”將是21世紀(jì)最理想的新能源．目前分解水制氫氣的工業(yè)制法之一是“硫-碘循環(huán)”，主要涉及下列反應(yīng)：
ⅠSO₂+2H₂O+I₂=H₂SO₄+2HI
Ⅱ2HI?H₂+I₂
Ⅲ2H₂SO₄=2SO₂↑+O₂↑+2H₂O
（1）分析上述反應(yīng)，下列判斷正確的是

 

．
a．反應(yīng)Ⅲ易在常溫下進(jìn)行b．反應(yīng)I中SO₂還原性比HI強(qiáng)
c．循環(huán)過程中需補(bǔ)充H₂Od．循環(huán)過程中產(chǎn)生1molO₂的同時(shí)產(chǎn)生1molH₂
（2）一定溫度下，向2L密閉容器中加入1mol HI（g），發(fā)生反應(yīng)Ⅱ，H₂物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化如圖1所示．0-2min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v（HI）=

 

．該溫度下，反應(yīng)2HI（g）?H₂（g）+I₂（g）的平衡常數(shù)K=

 

．相同溫度下，若開始加入HI（g）的物質(zhì)的量是原來的2倍，則

 

是原來的2倍．
a．平衡常數(shù)           b．HI的平衡濃度c．達(dá)到平衡的時(shí)間      d．平衡時(shí)H₂的體積分?jǐn)?shù)
（3）SO₂在一定條件下可被氧化生成SO₃，其反應(yīng)為：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H＜0．某科研單位利用原電池原理，用SO₂和O₂來制備硫酸，裝置如圖2，電極為多孔的材料，能吸附氣體，同時(shí)也能使氣體與電解質(zhì)溶液充分接觸．
①a電極的電極反應(yīng)式為

 

；
②若得到的硫酸濃度仍為49%，則理論上參加反應(yīng)的SO₂與加入的H₂O的質(zhì)量比為

 

．
（4）實(shí)際生產(chǎn)還可以用氨水吸收SO₂生成亞硫酸的銨鹽．現(xiàn)取a克該銨鹽，若將其中的SO₂全部反應(yīng)出來，應(yīng)加入10mol/L的硫酸溶液的體積范圍為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的調(diào)控作用,原電池和電解池的工作原理,化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)計(jì)量數(shù)的關(guān)系

專題：

分析：（1）a．硫酸常溫下，不易分解．
b．反應(yīng)中二氧化硫表現(xiàn)還原性，SO₂還原性比HI強(qiáng)．
c．1molSO₂消耗2molH₂O生成1molH₂SO₄，1molH₂SO₄分解生成1molSO₂與1molH₂O．
d．由Ⅲ可知產(chǎn)生lmolO₂的同時(shí)產(chǎn)生2molSO₂，由I可知2molSO₂生成4molHI，由Ⅱ可知4molHI分解生成2mol H₂．
（2）由圖可知，2min內(nèi)H₂物質(zhì)的量的變化量，然后計(jì)算化學(xué)反應(yīng)速率，再利用化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比來解答；根據(jù)反應(yīng)方程式寫平衡表達(dá)式，結(jié)合平衡濃度計(jì)算平衡常數(shù)，化學(xué)方程式改變方向，平衡常數(shù)互為倒數(shù)；利用濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響來分析HI的平衡濃度、達(dá)到平衡的時(shí)間、平衡時(shí)H₂的體積分?jǐn)?shù)，但溫度不變，平衡常數(shù)不變；
（3）①SO₂來制備硫酸，SO₂被氧化，作還原劑，據(jù)此判斷電極和書寫電極反應(yīng)；
②總方程為：SO₂+H₂O+

1

2

O₂ =H₂SO₄，先設(shè)加入的SO₂的量和加入的水的量，再根據(jù)方程求出生成硫酸的量和消耗的水的量；
（4）二氧化硫和氨水反應(yīng)可生成亞硫酸銨或亞硫酸氫銨，計(jì)算出ag亞硫酸銨或亞硫酸氫銨放出二氧化硫消耗硫酸的體積．

解答： 解：（1）a．硫酸常溫下穩(wěn)定，不易分解，故a錯(cuò)誤；
b．反應(yīng)中二氧化硫表現(xiàn)還原性，還原性比HI強(qiáng)，故b正確；
c．1molSO₂消耗2molH₂O生成1molH₂SO₄，1molH₂SO₄分解生成1molSO₂與1molH₂O，循環(huán)中水的量減少，故應(yīng)補(bǔ)充水，故c正確；
d．由Ⅲ可知產(chǎn)生lmolO₂的同時(shí)產(chǎn)生2molSO₂，由I可知2molSO₂生成4molHI，由Ⅱ可知4molHI分解生成2mol H₂，即循環(huán)過程中產(chǎn)生l mol O₂的同時(shí)產(chǎn)生2mol H₂，故d錯(cuò)誤；
故答案為：bc；
（2）由圖可知2min內(nèi)氫氣的物質(zhì)的量增加了0.1mol，則氫氣的濃度為

0.1mol

2L

=0.05mol/L，用氫氣表示的化學(xué)反應(yīng)速率為

0.05mol/L

2min

=0.025mol/（L．min），由反應(yīng)中的化學(xué)計(jì)量數(shù)可知v（HI）=0.025mol/（L．min）×2=0.05mol/（L．min）；根據(jù)方程式計(jì)算平衡濃度，c（H₂）=0.05mol/L，c（I₂）=0.05mol/L，c（HI）=0.4mol/L，寫出平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算：K=

c(H2)×c(I2)

c2(HI)

=

0.05×0.05

0．42

=

1

64

mol?L^-1?min^-1，對(duì)該反應(yīng)，當(dāng)溫度不變開始加入HI（g）的物質(zhì)的量是原來的2倍，則溫度不變，K不變，故a錯(cuò)；物質(zhì)的量為原來的2倍，該反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體體積相等的反應(yīng)，則反應(yīng)體系中各物質(zhì)的濃度都是原來的2倍，故b正確；物質(zhì)的量增大，則化學(xué)反應(yīng)速率先增大的快，后隨濃度的減小，速率增大的程度變小，故c錯(cuò)；
由反應(yīng)方程式及原來的量與后來的量成正比，則這兩種情況下建立的平衡為等效平衡，即平衡時(shí)H₂的體積分?jǐn)?shù)相同，故d錯(cuò)；
故答案為：0.05mol?L^-1?min^-1；

1

64

；b；
（3）①SO₂來制備硫酸，SO₂被氧化，作還原劑，所以SO₂在負(fù)極反應(yīng)，其電極反應(yīng)式為SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺，故答案為：SO₂-2e^-+2H₂O=SO₄^2-+4H⁺；
  ②催化劑a處的反應(yīng)為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺，
催化劑b處的反應(yīng)為：

1

2

O₂+2H⁺+2e^-=H₂O，總方程為：SO₂+H₂O+

1

2

O₂=H₂SO₄設(shè)加入的SO₂為xg，H₂O為yg．則生成硫酸的質(zhì)量為：

xg×98g/mol

64g/mol

，水的質(zhì)量變化為：y-

xg×18g/mol

64g/mol

，根據(jù)二者的比值為49%，可以求得

x

y

=

8

15

，故答案為：8：15；
（4）（4）設(shè)ag亞硫酸銨完全轉(zhuǎn)化為二氧化硫消耗硫酸的體積為x，設(shè)ag亞硫酸氫銨完全轉(zhuǎn)化為二氧化硫消耗硫酸的體積為y：
（NH₄）₂SO₃ ～H₂SO₄
116        1mol
ag         10x

116

ag

=

1mol

10x

，解得x=

a

1160

L
2NH₄HSO₃ ～H₂SO₄
198g       1mol
ag         10y
解得：y=

a

1980

L，
因氨氣和二氧化硫反應(yīng)可能生成亞硫酸銨或亞硫酸氫銨或?yàn)閬喠蛩徜@和亞硫酸酸氫銨的混合物，故消耗硫酸的范圍為：

a

1160

L～

a

1980

L，故答案為：

a

1160

L～

a

1980

L．

點(diǎn)評(píng)：本題主要考查的知識(shí)點(diǎn)較多，綜合性較強(qiáng)，難度較大，需要平時(shí)對(duì)化學(xué)平衡、電化學(xué)等有較好積累．