Question

【題目】氫氣是一種清潔能源。科學(xué)家探究太陽能制氫技術(shù)，設(shè)計(jì)流程圖如圖：

信息提示：以下反應(yīng)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(guān)系是：△H4= ______ 。

（2）該制氫氣技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是 ______ ，若反應(yīng)SO2（g）+I2（g）+2H2O（g）=H2SO4（l）+2HI（g）在150℃下能自發(fā)進(jìn)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(chǎn)生氧氣的量隨時(shí)間變化如圖所示，則下列說法正確的是 ______。

A H2SO4分解反應(yīng)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(yīng)，當(dāng)K值不變時(shí)，說明該反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡

C 0～4小時(shí)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?yàn)榛罨�分子百分�(jǐn)?shù)不相同

（4）對于反應(yīng)：2HI（g）H2（g）+I2（g），在716K時(shí)，氣體混合物中碘化氫的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)x（HI）與反應(yīng)時(shí)間t的關(guān)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(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，該反應(yīng)的平衡常數(shù) K的計(jì)算式為： ______ 。

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

③由上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得到v正～x（HI）和v逆～x（H2）的關(guān)系可用圖表示。當(dāng)升高到某一溫度時(shí)，反應(yīng)重新達(dá)到平衡，相應(yīng)的點(diǎn)分別為 ______ （填字母）。

Answer 1

【答案】2△H1+2△H2+△H3 物質(zhì)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(gè)要點(diǎn)，一個(gè)是物質(zhì)循環(huán)、一個(gè)是能量） ＜ BD k逆= 1.95×10-3 A、E

【解析】

（1）依據(jù)蓋斯定律計(jì)算；

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

（3）A、活化能越小反應(yīng)速率越快；

B、K只與溫度有關(guān)；

C、依據(jù)速率公式計(jì)算判斷；

D、不同的催化劑對同一個(gè)反應(yīng)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(yīng)進(jìn)行建立平衡；

②到達(dá)平衡時(shí)，正、逆反應(yīng)速率相等；

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

（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(jù)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(zhì)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(yīng)氣體系數(shù)減小，是個(gè)熵值減小的反應(yīng)，即△S＜0，在150℃下能自發(fā)進(jìn)行說明△H-T△S＜0，結(jié)合△S＜0可以判斷△H＜0，故答案為：物質(zhì)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(gè)要點(diǎn)，一個(gè)是物質(zhì)循環(huán)、一個(gè)是能量）；＜；

（3）A．根據(jù)圖表可知在0~4小時(shí)，三種不同催化劑作用下反應(yīng)速率v（A）＞v（B）＞v（C），活化能越小反應(yīng)速率越快，故活化能順序?yàn)椋?/span>Ea（A）＜Ea（B）＜Ea（C），故A錯(cuò)誤；

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

C．根據(jù)圖象判斷0～4小時(shí)生成氧氣的物質(zhì)的量為5000μmol，所以v（O2）==1250μmolh-1，故C錯(cuò)誤；

D．不同的催化劑對同一個(gè)反應(yīng)活化能改變程度不同，活化能不同，活化分子百分?jǐn)?shù)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(yīng)進(jìn)行建立平衡，由第一組數(shù)據(jù)可知，平衡時(shí)HI物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為0.784，則氫氣、碘蒸氣總物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為1-0.784=0.216，而氫氣、與碘蒸氣物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)相等均為0.108，反應(yīng)前后氣體體積不變，用物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)代替濃度計(jì)算平衡常數(shù)，則平衡常數(shù)K==，故答案為：；

②到達(dá)平衡時(shí)，正、逆反應(yīng)速率相等，則k正x2（HI）=k逆x（H2）x（I2），則k逆=k正×=，在t=40min時(shí)，正反應(yīng)建立平衡時(shí)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(yīng)建立平衡時(shí)，升高溫度，正、逆反應(yīng)速率均加快，因此排除C點(diǎn)，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)，因此平衡正向移動(dòng)，再次平衡時(shí)HI的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)減小，因此排除B點(diǎn)，故選A點(diǎn)；對于H2（g）+I2（g）2HI（g）反應(yīng)建立平衡時(shí)，升高溫度，正、逆反應(yīng)速率均加快，升高溫度，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)，因此平衡逆向移動(dòng)，再次平衡時(shí)H2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)增大，故選E點(diǎn)；

因此反應(yīng)重新達(dá)到平衡，v正～x（HI）對應(yīng)的點(diǎn)為A，v逆～x（H2）對應(yīng)的點(diǎn)為E，

A、E正確，故答案為：A、E。