Question

【題目】氫氣是一種清潔能源。科學家探究太陽能制氫技術，設計流程圖如圖：

信息提示：以下反應均在150℃發(fā)生

2HI（aq）H2（g）+I2（g） △H1

SO2（g）+I2（g）+2H2O（g）=H2SO4（l）+2HI（g） △H2

2H2SO4（l）2H2O（g）+2SO2（g）+O2（g） △H3

2H2O（g）=2H2（g）+O2（g） △H4

請回答下列問題：

（1）△H4與△H1、△H2、△H3之間的關系是：△H4= ______ 。

（2）該制氫氣技術的優(yōu)點是 ______ ，若反應SO2（g）+I2（g）+2H2O（g）=H2SO4（l）+2HI（g）在150℃下能自發(fā)進行，則△H ______ 0（填“＞”，“＜”或“=”）。

（3）在某溫度下，H2SO4在不同催化劑條件下分解產生氧氣的量隨時間變化如圖所示，則下列說法正確的是 ______。

A H2SO4分解反應的活化能大小順序是：Ea（A）＞Ea（B）＞Ea（C）

B 若在恒容絕熱的密閉容器中發(fā)生反應，當K值不變時，說明該反應已經達到平衡

C 0～4小時在A催化劑作用下，H2SO4分解的平均速率v（O2）=1250molh-1

D 不同催化劑的催化效果不同，是因為活化分子百分數不相同

（4）對于反應：2HI（g）H2（g）+I2（g），在716K時，氣體混合物中碘化氫的物質的量分數x（HI）與反應時間t的關系如表：

t/min	0	20	40	60	80	120
x（HI）	1	0.91	0.85	0.815	0.795	0.784
x（HI）	0	0.60	0.73	0.773	0.780	0.784

①根據上述實驗結果，該反應的平衡常數 K的計算式為： ______ 。

②上述反應中，正反應速率為v正=k正x2（HI），逆反應速率為v逆=k逆x（H2）x（I2），其中k正、k逆為速率常數，則k逆為 ______ （以K和k正表示）。若k正=0.0027min-1，在t=40min時，v正= ______ min-1。

③由上述實驗數據計算得到v正～x（HI）和v逆～x（H2）的關系可用圖表示。當升高到某一溫度時，反應重新達到平衡，相應的點分別為 ______ （填字母）。

Answer 1

【答案】2△H1+2△H2+△H3 物質循環(huán)利用，能源來自太陽能，無污染且取之不盡用之不竭（兩個要點，一個是物質循環(huán)、一個是能量） ＜ BD k逆= 1.95×10-3 A、E

【解析】

（1）依據蓋斯定律計算；

（2）從流程圖可知，該過程中物質能夠循環(huán)利用，能源來自太陽能，潔凈無污染；該反應氣體系數減小，是個熵值減小的反應；

（3）A、活化能越小反應速率越快；

B、K只與溫度有關；

C、依據速率公式計算判斷；

D、不同的催化劑對同一個反應活化能改變程度不同；

（4）①表中第一組，由HI分解建立平衡，表中第二組向逆反應進行建立平衡；

②到達平衡時，正、逆反應速率相等；

③對于2HI（g）H2（g）+I2（g）反應建立平衡時，升高溫度，正、逆反應速率均加快，對于H2（g）+I2（g）2HI（g）反應建立平衡時，升高溫度，正、逆反應速率均加快，升高溫度，平衡向吸熱反應方向移動。

（1）2HI（aq）H2（g）+I2（g）△H1①SO2（g）+I2（g）+2H2O（g）=H2SO4（l）+2HI（g）△H2②2H2SO4（l）2H2O（g）+2SO2（g）+O2（g）△H3③2H2O（g）=2H2（g）+O2（g）△H4④，根據蓋斯定律①×2+②×2+③得2H2O（g）=2H2（g）+O2（g），所以△H4=2△H1+2△H2+△H3 ，故答案為：2△H1+2△H2+△H3 ；

（2）從流程圖可知，該過程中物質能夠循環(huán)利用，能源來自太陽能，潔凈無污染，且取之不盡，用之不竭；SO2（g）+I2（g）+2H2O（g）=H2SO4（l）+2HI（g），該反應氣體系數減小，是個熵值減小的反應，即△S＜0，在150℃下能自發(fā)進行說明△H-T△S＜0，結合△S＜0可以判斷△H＜0，故答案為：物質循環(huán)利用，能源來自太陽能，無污染且取之不盡用之不竭（兩個要點，一個是物質循環(huán)、一個是能量）；＜；

（3）A．根據圖表可知在0~4小時，三種不同催化劑作用下反應速率v（A）＞v（B）＞v（C），活化能越小反應速率越快，故活化能順序為：Ea（A）＜Ea（B）＜Ea（C），故A錯誤；

B．K只與溫度有關，K不變說明溫度不變，反應達到平衡狀態(tài)，故B正確；

C．根據圖象判斷0～4小時生成氧氣的物質的量為5000μmol，所以v（O2）==1250μmolh-1，故C錯誤；

D．不同的催化劑對同一個反應活化能改變程度不同，活化能不同，活化分子百分數不同，故D正確；

BD正確，故答案為：BD；

（4）①表中第一組，由HI分解建立平衡，表中第二組向逆反應進行建立平衡，由第一組數據可知，平衡時HI物質的量分數為0.784，則氫氣、碘蒸氣總物質的量分數為1-0.784=0.216，而氫氣、與碘蒸氣物質的量分數相等均為0.108，反應前后氣體體積不變，用物質的量分數代替濃度計算平衡常數，則平衡常數K==，故答案為：；

②到達平衡時，正、逆反應速率相等，則k正x2（HI）=k逆x（H2）x（I2），則k逆=k正×=，在t=40min時，正反應建立平衡時x（HI）=0.85，則v正=k正x2（HI）=0.0027min-1×0.852=1.95×10-3min-1，故答案為：k逆=；1.95×10-3；

③對于2HI（g）H2（g）+I2（g）反應建立平衡時，升高溫度，正、逆反應速率均加快，因此排除C點，正反應為吸熱反應，升高溫度，平衡向吸熱反應方向移動，因此平衡正向移動，再次平衡時HI的物質的量分數減小，因此排除B點，故選A點；對于H2（g）+I2（g）2HI（g）反應建立平衡時，升高溫度，正、逆反應速率均加快，升高溫度，平衡向吸熱反應方向移動，因此平衡逆向移動，再次平衡時H2的物質的量分數增大，故選E點；

因此反應重新達到平衡，v正～x（HI）對應的點為A，v逆～x（H2）對應的點為E，

A、E正確，故答案為：A、E。