Question

11．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)：
Ⅰ．SO₂+2H₂O+I₂═H₂SO₄+2HI
Ⅱ.2HI?H₂+I₂
Ⅲ.2H₂SO₄═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SO₂還原性比HI強(qiáng)
c．循環(huán)過程中需補(bǔ)充H₂O     d．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）=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)K=$\frac{1}{64}$．相同溫度下，若開始加入HI（g）的物質(zhì)的量是原來的2倍，則下列四個(gè)選項(xiàng)的量是原來的2倍的有b．

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）如圖2為某太空站的能量轉(zhuǎn)化示意圖，其中燃料電池用NaOH溶液為電解液．
①光電轉(zhuǎn)換器的能量轉(zhuǎn)換形式為太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成電能．
②水電解系統(tǒng)中通常加入少量Na₂SO₄，加入Na₂SO₄的目的是增強(qiáng)溶液的導(dǎo)電性．
③燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式為：H₂+2OH^--2e^-═2H₂O．

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，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）①光電轉(zhuǎn)換器的能量轉(zhuǎn)換形式為太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成電能；
②Na₂SO₄在水中電離生成鈉離子和硫酸根離子；
③燃料電池放電時(shí)的負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)．

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$\frac{0.1mol}{2L}$=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)方程式計(jì)算平衡濃度，c（H₂）=0.05mol/L，c（I₂）=0.05mol/L，c（HI）=0.4mol/L，K=$\frac{c（{H}_{2}）×c（{I}_{2}）}{c（HI）}$=$\frac{0.05×0.05}{0．{4}^{2}}$=$\frac{1}{64}$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；$\frac{1}{64}$；b；
（3）①光電轉(zhuǎn)換器的能量轉(zhuǎn)換形式為太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成電能，
故答案為：太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成電能；
②Na₂SO₄在水中電離生成鈉離子和硫酸根離子，所以加入Na₂SO₄的目的是增強(qiáng)溶液的導(dǎo)電性，
故答案為：增強(qiáng)溶液的導(dǎo)電性；
③燃料電池放電時(shí)的負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，在堿性環(huán)境下，反應(yīng)式為2OH^-+H₂-2e^-=2H₂O，
故答案為：2OH^-+H₂-2e^-=2H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查的知識(shí)點(diǎn)較多，主要是化學(xué)反應(yīng)速率、平衡常數(shù)計(jì)算、能量轉(zhuǎn)化形式、原電池等綜合性較強(qiáng)，題目難度中等，需要平時(shí)對(duì)化學(xué)平衡、電化學(xué)知識(shí)的積累．