题目内容
【题目】近年来,研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。过程如图:
(1)反应Ⅰ:2H2SO4(l)===2SO2(g)+2H2O(g)+O2(g) ΔH1=+551 kJ·mol-1
反应Ⅲ:S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH3=-297 kJ·mol-1
反应Ⅱ的热化学方程式:_________。
(2)对反应Ⅱ,在某一投料比时,两种压强下,H2SO4在平衡体系中物质的量分数随温度的变化关系如图所示。p2___p1(填“>”或“<”),得出该结论的理由是____。
(3)I-可以作为水溶液中SO2歧化反应的催化剂,可能的催化过程如下。将ⅱ补充完整。
ⅰ.SO2+4I-+4H+===S↓+2I2+2H2O
ⅱ.I2+2H2O+_____===_____+____+2I-
(4)探究ⅰ、ⅱ反应速率与SO2歧化反应速率的关系,实验如下:分别将18 mLSO2饱和溶液加入2 mL下列试剂中,密闭放置观察现象。(已知:I2易溶解在KI溶液中)
①B是A的对比实验,则a=_____。
②比较A、B、C,可得出的结论是_______。
③实验表明,SO2的歧化反应速率D>A。结合ⅰ、ⅱ反应速率解释原因:________。
【答案】3SO2(g)+2H2O(g)===2H2SO4(l)+S(s) ΔH2=-254kJ·mol-1 > 反应Ⅱ是气体物质的量减小的反应,温度一定时,增大压强使反应正向移动,H2SO4的物质的量增大,体系总物质的量减小,H2SO4的物质的量分数增大 SO2 SO42- 4H+ 0.4 I-是SO2歧化反应的催化剂,H+单独存在时不具有催化作用,但H+可以加快歧化反应速率 反应ⅱ比ⅰ快;D中由反应ⅱ产生的H+使反应ⅰ加快
【解析】
(1)根据图知,反应II为3SO2(g)+2H2O(g)=2H2SO4(l)+S(s),将方程式IIII即得3SO2(g)+2H2O(g)=2H2SO4(l)+S(s),△H=(+551kJmol1)(297kJmol1)=254kJ/mol,
故答案为:3SO2(g)+2H2O(g)=2H2SO4(l)+S(s),△H=254kJ/mol;
(2)相同温度下,增大压强,平衡正向移动,导致硫酸在平衡体系中物质的量分数增大,根据图知,相同温度下,达到平衡状态时硫酸含量:P1<P2,说明压强P2>P1,
故答案为:>;当温度相同时,增大压强,平衡正向移动,导致硫酸在平衡体系中物质的量分数增大;
(3)化学反应中的催化剂在第一个反应中作反应物、第二个反应中作生成物,总方程式为得3SO2(g)+2H2O(g)=2H2SO4(l)+S(s),催化过程中i:SO2+4I+4H+=S↓+2I2+2H2O,说明I、H+在i中作反应物,在ii中作生成物,同时ii中还生成H2SO4,根据元素守恒知,反应物还有SO2,所以ii中方程式应该为:I2+2H2O+SO2═4H++SO42+2I,
答案为:SO2;4H+;SO42;
(4)①B是A的对比实验,所用c(KI)应该相等,否则无法得出正确结论,所以a=0.4,
故答案为:0.4;
②比较A. B.C,A中只含KI、B中含有KI和硫酸、C中只含硫酸,反应快慢顺序是B>A>C,且C中没有明显现象,说明不反应,B中含有酸导致其反应速率加快,所以得出的结论是:在酸性条件下,SO2与I反应速率更快,且SO2与稀硫酸不发生反应,
故答案为:在酸性条件下,SO2与I反应速率更快,且SO2与稀硫酸不发生反应;
③反应i、ii知,SO2先和I反应生成I2,I2再和SO2进一步反应,D中KI溶液溶解了I2,导致D中的ii的反应较A快,所以看到的现象是:D中出现浑浊较A快,
故答案为:反应i、ii知,SO2先和I反应生成I2,I2再和SO2进一步反应,D中KI溶液溶解了I2,导致D中的ii的反应较A快。
【题目】处理、回收CO是环境科学家研究的热点课题。
(1)CO用于处理犬气污染物N2O所发生的反应为:N2O(g)+CO(g)CO2(g)+N2(g) ΔH,几种物质的相对能量如下:
物质 | N2O(g) | CO(g) | CO2(g) | N2(g) |
相对能量kJ·mol-1 | 475.5 | 283 | 0 | 393.5 |
①ΔH=______kJ·mol-1;改变下列“量”,一定会引起ΔH发生变化的是____填代号)
A.反应物浓度 B.催化剂 C.化学计量数
②有人提出上述反应可以用Fe作催化剂。其总反应分两步进行:第一步:Fe+N2O=FeO+N2,第二步:______(写化学方程式)。第二步反应不影响总反应达到平衡所用时间,由此推知,第二步反应活化能____第一步反应活化能(填“大于”、“小于”或等于”)。
(2)在实验室,釆用I2O5测定空气中CO的含量。在密闭容器中充入足量的I2O5粉末和一定量的CO,发生反应:I2O5(g)+5CO(g)5CO2(g)+I2(s)。测得CO的转化率如图1所示。
①相对曲线a,曲线b仅改变一个条件,改变的条件可能是______。
②在此温度下,该可逆反应的平衡常数K=_____(用含x的代数式表示)。
(3)工业上,用CO和H2合成CH3OH。在1L恒容密闭容器中充入1molCO(g)和nmolH2,在250℃发生反应:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),测得混合气体中CH3OH的体积分数与H2的物质的量的关系如图2所示。在a、b、c、d点中,CO的平衡转化率最大的点是___。
(4)CO-空气碱性燃料电池(用KOH作电解质),当恰好完全生成KHCO3时停止放电。写出此时负极的电极反应式:______。