Question

13．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+2H₂0+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bc
a．反應(yīng)Ⅲ易在常溫下進(jìn)行  b．反應(yīng)Ⅰ中S0₂還原性比HI強(qiáng)
c．循環(huán)過(guò)程中需補(bǔ)充H₂0    d．循環(huán)過(guò)程中產(chǎn)生lmol0₂的同時(shí)產(chǎn)生lmolH₂
（2）一定溫度下，向2L密閉容器中加入1molHI（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）=0.05mol•L^-1•min^-1．該溫度下，反應(yīng)2HI（g）?H₂（g）+I₂（g）的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=$\frac{c（{H}_{2}）c（{I}_{2}）}{{c}^{2}（HI）}$．相同溫度下，若開(kāi)始加入HI（g）的物質(zhì)的量是原來(lái)的2倍，則b是原來(lái)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）S0₂在一定條件下可氧化生成S0₃，其主反應(yīng)為：2S0₂ （g）+0₂（g）?2S0₃（g）AH＜O，
若此反應(yīng)起始的物質(zhì)的量相同，則圖2關(guān)系圖正確的是bd
實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)使用的條件是：常壓、五氧化二釩、500℃，選擇該溫度條件的原因是催化劑的活性較高、加快反應(yīng)速率
（4）實(shí)際生產(chǎn)用氨水吸收S0₂生成亞硫酸的銨鹽．現(xiàn)取a克該銨鹽，若將其中的S0₂全部反應(yīng)出來(lái)，應(yīng)加入18.4mol/L的硫酸溶液的體積范圍為$\frac{a}{116×18.4}$L～$\frac{a}{198×18.4}$L．

Answer 1

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，氧化性比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(lái)解答；根據(jù)反應(yīng)方程式寫(xiě)平衡表達(dá)式；利用濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響來(lái)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）升高溫度，加快反應(yīng)速率到達(dá)平衡的時(shí)間縮短，逆反應(yīng)速率增大更多，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，三氧化硫的含量降低；增大壓強(qiáng)，加快反應(yīng)速率到達(dá)平均的時(shí)間縮短，正反應(yīng)速率增大更多，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，二氧化硫的含量減少；使用催化劑，能加快反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡的時(shí)間，但不影響平衡，據(jù)此結(jié)合圖象判斷；500℃與催化劑的活性、反應(yīng)速率有關(guān)；
（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．硫酸常溫下溫度，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(guò)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$\frac{0.1mol}{2L}$=0.05mol/L，用氫氣表示的化學(xué)反應(yīng)速率為$\frac{0.05mol/L}{2min}$=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)方程式可寫(xiě)出平衡常數(shù)表達(dá)式為：K=$\frac{c（{H}_{2}）c（{I}_{2}）}{{c}^{2}（HI）}$；
對(duì)該反應(yīng)，當(dāng)溫度不變開(kāi)始加入HI（g）的物質(zhì)的量是原來(lái)的2倍，則溫度不變，K不變，故a錯(cuò)；物質(zhì)的量為原來(lái)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(lái)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(lái)的量與后來(lái)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；$\frac{c（{H}_{2}）c（{I}_{2}）}{{c}^{2}（HI）}$；b；
（3）升高溫度，加快反應(yīng)速率到達(dá)平均的時(shí)間縮短，逆反應(yīng)速率增大更多，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，三氧化硫的含量降低，二氧化硫的含量升高，故a錯(cuò)誤，b正確；增大壓強(qiáng)，加快反應(yīng)速率到達(dá)平均的時(shí)間縮短，正反應(yīng)速率增大更多，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，二氧化硫的含量減少，圖象與實(shí)際不符合，故c錯(cuò)誤；使用催化劑，能加快反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡的時(shí)間，但不影響平衡，故d正確；
實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)使用的條件是：常壓、五氧化二釩、500℃，選擇該溫度條件的原因是催化劑的活性較高、加快反應(yīng)速率，
故選：bd；催化劑的活性較高、加快反應(yīng)速率；
（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         18.4x
$\frac{116g}{ag}$=$\frac{1mol}{18.4x}$，解得x=$\frac{a}{116×18.4}$L
  2NH₄HSO₃ ～H₂SO₄
   198g        1mol
   ag         18.4y 
 $\frac{198g}{a}$=$\frac{1mol}{18.4y}$，解得y=$\frac{a}{198×18.4}$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：$\frac{a}{116×18.4}$L～$\frac{a}{198×18.4}$L，
故答案為：$\frac{a}{116×18.4}$L～$\frac{a}{198×18.4}$L．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查了反應(yīng)方程式的分析及計(jì)算，反應(yīng)平衡圖象，題目難度中等．對(duì)于圖象，要看清圖象的含義、拐點(diǎn)、平衡點(diǎn)，結(jié)合平衡移動(dòng)規(guī)律進(jìn)行判斷．