Question

16．氫能是高效清潔的合體能源，也是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉矗?br />
（1）以太陽能為熱源，熱化學(xué)硫碘循環(huán)分解水是一種高效、無污染的制氫方法．其反應(yīng)過程如圖1所示：
①反應(yīng)Ⅰ的離子方程式是SO₂+2H₂O+I₂=SO₄^2-+2I^-+4H⁺，反應(yīng)Ⅰ得到的產(chǎn)物用I₂進(jìn)行分離，該產(chǎn)物的溶液在過量I₂的存在下會分成兩層：含低濃度I₂的H₂SO₄層和含高濃度I₂的HI層．經(jīng)離子濃度檢測，H₂SO₄溶液層中c（H⁺）：c（SO₄^2-）=2.06：1，其比值大于2的原因是硫酸層中含少量的HI，且HI電離出氫離子
②反應(yīng)Ⅱ：2H₂SO₄（l）=2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）△H=+550kJ•mo1^-1
它由兩步反應(yīng)組成：�。瓾₂SO₄（l）=SO₃（g）+H₂O（g）△H=+177kJ•mo1^-1；
ⅱ．SO₃（g）分解寫出SO₃（g）分解的熱化學(xué)方程式2SO₃（g）?2SO₂（g）+O₂（g）△H=+196kJ•mol^-1．
（2）工業(yè)上利用吸熱反應(yīng)C（s）+2H₂O（g）═CO₂（g）+2H₂（g），也可制備氫氣．一定條件下，將C（s）和H₂O（g）分別加入甲、乙兩個密閉容器發(fā)生反應(yīng)，其相關(guān)數(shù)據(jù)如表所示：

容器	容積/L	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol
			C（s）	H2O（g）	H2（g）
甲	2	T1	2	4	3.2
乙	1	T2	1	2	1.2

①T₁℃時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=12.8．T₁＞T₂（填“＞”、“=”或“＜”）；
②若乙容器中達(dá)到平衡所需時間為3min，則當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到1.5min時，H₂O（g）的物質(zhì)的量的濃度B（填選項字母）．
A．=1.4mol/L      B．＜1.4mol/L     C．＞1.4mol/L
③某同學(xué)為了研究反應(yīng)條件對化學(xué)平衡的影響，測得逆反應(yīng)速率與時間的關(guān)系如圖2所示．可見在t₁、t₃、t₅、t₇時反應(yīng)都達(dá)到了平衡狀態(tài)，如果t₂、t₄、t₆、t₈時都只改變了一個反應(yīng)條件，則從t₁到t₈哪個時間段H₂O （g）的平衡轉(zhuǎn)化率最低t₇-t₈，t₄時刻改變的條件是降低溫度．
（3）如圖3是一種電化學(xué)制備H₂的方法，裝置中的MEA為允許質(zhì)子通過的電解質(zhì)膜．
①寫出陽極電極的反應(yīng)式：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂↑+6H⁺．
②電解產(chǎn)生的氫氣可以用鎂鋁合金（Mg₁₇Al₁₂）來儲存，合金吸氫后得到僅含一種金屬的氫化物（其中氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.077）和一種金屬單質(zhì)，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為Mg₁₇Al₁₂+17H₂=17MgH₂+12Al．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)圖知，SO₂、I₂、H₂O是反應(yīng)物，HI、H₂SO₄是生成物，根據(jù)反應(yīng)物和生成物書寫方程式；H₂SO₄中c（H⁺）：c（SO₄^2-）=2：1，且HI電離出氫離子；
②a.2H₂SO₄（l）═2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）△H=+550kJ•mol^-1
b．H₂SO₄（l）═SO₃（g）+H₂O（g）△H=+177kJ•mol^-1
將方程式a-2b得2SO₃（g）?2SO₂（g）+O₂（g）焓變進(jìn)行相應(yīng)的改變；
（2）①利用三段式計算平衡時各組分的物質(zhì)的量，再根據(jù)平衡常數(shù)k計算；從表中數(shù)據(jù)可知，甲乙兩容器中反應(yīng)物濃度相同，乙達(dá)到平衡時H₂（g）的平衡量比甲的一半小，則T₂對T₁平衡逆向移動，由已知該反應(yīng)正向為吸熱反應(yīng)，則T₂對T₁是降低溫度，說明T₂溫度低；
②隨反應(yīng)進(jìn)行，物質(zhì)的濃度降低，反應(yīng)速率較短，故前1.5min水的濃度變化量大于后1.5min水的濃度變化量，據(jù)此解答；
③該反應(yīng)是一個反應(yīng)前后氣體體積增大的且是正反應(yīng)是吸熱的化學(xué)反應(yīng)，t₂時逆反應(yīng)速率增大，且平衡時反應(yīng)速率大于t₂時反應(yīng)速率，平衡向逆反應(yīng)方向移動，t₈時反應(yīng)速率增大，但平衡不移動，根據(jù)外界條件對化學(xué)反應(yīng)速率的影響來分析解答；
（3）①根據(jù)圖3可知陽極應(yīng)為甲醇失電子得到CO₂；
②合金吸氫后得到僅含一種金屬的氫化物，其中氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.077和一種金屬單質(zhì)，據(jù)此推出MgH₂和Al，由此寫出反應(yīng)方程式．

解答 解：（1）①根據(jù)圖知，SO₂、I₂、H₂O是反應(yīng)物，HI、H₂SO₄是生成物，根據(jù)反應(yīng)物和生成物書寫方程式為SO₂+I₂+2H₂O=2HI+H₂SO₄，離子方程式為：SO₂+2H₂O+I₂=SO₄^2-+2I^-+4H⁺；H₂SO₄層中c（H⁺）：c（SO₄^2-）=2.06：1．其比值大于2的原因是硫酸層中含少量的HI，且HI電離出氫離子，
故答案為：SO₂+2H₂O+I₂=SO₄^2-+2I^-+4H⁺；硫酸層中含少量的HI，且HI電離出氫離子；
②a.2H₂SO₄（l）═2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）△H=+550kJ•mol^-1
b．H₂SO₄（l）═SO₃（g）+H₂O（g）△H=+177kJ•mol^-1
將方程式a-2b得2SO₃（g）?2SO₂（g）+O₂（g）△H=（+550kJ•mol^-1）-2（+177kJ•mol^-1）=+196 kJ•mol^-1，
故答案為：2SO₃（g）?2SO₂（g）+O₂（g）△H=+196 kJ•mol^-1；
（2）①由表中數(shù)據(jù)可知，平衡時氫氣的物質(zhì)的量為3.2mol，則：
          C（s）+2H₂0（g）?C0₂（g）+2H₂（g）
開始（mol）：2      4        0        0
轉(zhuǎn)化（mol）：1.6    3.2      1.6      3.2
平衡（mol）：0.4    0.8      1.6      3.2
平衡常數(shù)k=$\frac{c（C{O}_{2}）{c}^{2}（{H}_{2}）}{{c}^{2}（{H}_{2}O）}$=$\frac{\frac{1.6}{2}×（\frac{3.2}{2}）^{2}}{（\frac{0.8}{2}）^{2}}$=12.8，
從表中數(shù)據(jù)可知，甲乙兩容器中反應(yīng)物濃度相同，乙達(dá)到平衡時H₂（g）的平衡量比甲的一半小，則T₂對T₁平衡逆向移動，由已知該反應(yīng)正向為吸熱反應(yīng)，則T₂對T₁是降低溫度，說明T₂溫度低，
故答案為：12.8；＞；
②3min內(nèi)水蒸氣的濃度變化量=氫氣的濃度變化量的一半=$\frac{1.2mol}{1L}$×$\frac{1}{2}$=0.6mol/L，隨反應(yīng)進(jìn)行，物質(zhì)的濃度降低，反應(yīng)速率較短，故前1.5min水的濃度變化量大于后1.5min水的濃度變化量，故反應(yīng)進(jìn)行到1.5min時，H₂O（g）的物質(zhì)的量濃度小于2mol/L-0.6mol/L=1.4mol/L，
故答案為：B；
③t₁到t₆平衡都逆向移動，而t₆時平衡正向移動，是因為增加反應(yīng)物的濃度，而C是固體，所以是增加水蒸氣的量，所以本身的轉(zhuǎn)化率降低，t₈時反應(yīng)速率增大，但平衡不移動，故平衡轉(zhuǎn)化率最低t₇-t₈ （或“t₇到t₈”），t₄時刻速率都比原來速率小，平衡逆向，所以是降低溫度，
故答案為：t₇-t₈；降低溫度；
（3）①根據(jù)圖3可知陽極應(yīng)為甲醇失電子得到CO₂，則陽極反應(yīng)式為CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂↑+6H⁺；
故答案為：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂↑+6H⁺；
②合金吸氫后得到僅含一種金屬的氫化物，其中氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.077和一種金屬單質(zhì)，據(jù)此推出MgH₂和Al，由此寫出反應(yīng)方程式為Mg₁₇Al₁₂+17H₂=17MgH₂+12Al；
故答案為：Mg₁₇Al₁₂+17H₂=17MgH₂+12Al．

點評 本題考查了熱化學(xué)方程式和蓋斯定律的計算應(yīng)用，化學(xué)平衡常數(shù)的影響因素判斷，電離平衡，屬于拼合型題目，對學(xué)生的心理有較高的要求，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，難度中等．