Question

【题目】氢气是一种清洁能源。科学家探究太阳能制氢技术，设计流程图如图：

信息提示：以下反应均在150℃发生

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

请回答下列问题：

（1）△H4与△H1、△H2、△H3之间的关系是：△H4= ______ 。

（2）该制氢气技术的优点是 ______ ，若反应SO2（g）+I2（g）+2H2O（g）=H2SO4（l）+2HI（g）在150℃下能自发进行，则△H ______ 0（填“＞”，“＜”或“=”）。

（3）在某温度下，H2SO4在不同催化剂条件下分解产生氧气的量随时间变化如图所示，则下列说法正确的是 ______。

A H2SO4分解反应的活化能大小顺序是：Ea（A）＞Ea（B）＞Ea（C）

B 若在恒容绝热的密闭容器中发生反应，当K值不变时，说明该反应已经达到平衡

C 0～4小时在A催化剂作用下，H2SO4分解的平均速率v（O2）=1250molh-1

D 不同催化剂的催化效果不同，是因为活化分子百分数不相同

（4）对于反应：2HI（g）H2（g）+I2（g），在716K时，气体混合物中碘化氢的物质的量分数x（HI）与反应时间t的关系如表：

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根据上述实验结果，该反应的平衡常数 K的计算式为： ______ 。

②上述反应中，正反应速率为v正=k正x2（HI），逆反应速率为v逆=k逆x（H2）x（I2），其中k正、k逆为速率常数，则k逆为 ______ （以K和k正表示）。若k正=0.0027min-1，在t=40min时，v正= ______ min-1。

③由上述实验数据计算得到v正～x（HI）和v逆～x（H2）的关系可用图表示。当升高到某一温度时，反应重新达到平衡，相应的点分别为 ______ （填字母）。

Answer 1

【答案】2△H1+2△H2+△H3 物质循环利用，能源来自太阳能，无污染且取之不尽用之不竭（两个要点，一个是物质循环、一个是能量） ＜ BD k逆= 1.95×10-3 A、E

【解析】

（1）依据盖斯定律计算；

（2）从流程图可知，该过程中物质能够循环利用，能源来自太阳能，洁净无污染；该反应气体系数减小，是个熵值减小的反应；

（3）A、活化能越小反应速率越快；

B、K只与温度有关；

C、依据速率公式计算判断；

D、不同的催化剂对同一个反应活化能改变程度不同；

（4）①表中第一组，由HI分解建立平衡，表中第二组向逆反应进行建立平衡；

②到达平衡时，正、逆反应速率相等；

③对于2HI（g）H2（g）+I2（g）反应建立平衡时，升高温度，正、逆反应速率均加快，对于H2（g）+I2（g）2HI（g）反应建立平衡时，升高温度，正、逆反应速率均加快，升高温度，平衡向吸热反应方向移动。

（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，根据盖斯定律①×2+②×2+③得2H2O（g）=2H2（g）+O2（g），所以△H4=2△H1+2△H2+△H3 ，故答案为：2△H1+2△H2+△H3 ；

（2）从流程图可知，该过程中物质能够循环利用，能源来自太阳能，洁净无污染，且取之不尽，用之不竭；SO2（g）+I2（g）+2H2O（g）=H2SO4（l）+2HI（g），该反应气体系数减小，是个熵值减小的反应，即△S＜0，在150℃下能自发进行说明△H-T△S＜0，结合△S＜0可以判断△H＜0，故答案为：物质循环利用，能源来自太阳能，无污染且取之不尽用之不竭（两个要点，一个是物质循环、一个是能量）；＜；

（3）A．根据图表可知在0~4小时，三种不同催化剂作用下反应速率v（A）＞v（B）＞v（C），活化能越小反应速率越快，故活化能顺序为：Ea（A）＜Ea（B）＜Ea（C），故A错误；

B．K只与温度有关，K不变说明温度不变，反应达到平衡状态，故B正确；

C．根据图象判断0～4小时生成氧气的物质的量为5000μmol，所以v（O2）==1250μmolh-1，故C错误；

D．不同的催化剂对同一个反应活化能改变程度不同，活化能不同，活化分子百分数不同，故D正确；

BD正确，故答案为：BD；

（4）①表中第一组，由HI分解建立平衡，表中第二组向逆反应进行建立平衡，由第一组数据可知，平衡时HI物质的量分数为0.784，则氢气、碘蒸气总物质的量分数为1-0.784=0.216，而氢气、与碘蒸气物质的量分数相等均为0.108，反应前后气体体积不变，用物质的量分数代替浓度计算平衡常数，则平衡常数K==，故答案为：；

②到达平衡时，正、逆反应速率相等，则k正x2（HI）=k逆x（H2）x（I2），则k逆=k正×=，在t=40min时，正反应建立平衡时x（HI）=0.85，则v正=k正x2（HI）=0.0027min-1×0.852=1.95×10-3min-1，故答案为：k逆=；1.95×10-3；

③对于2HI（g）H2（g）+I2（g）反应建立平衡时，升高温度，正、逆反应速率均加快，因此排除C点，正反应为吸热反应，升高温度，平衡向吸热反应方向移动，因此平衡正向移动，再次平衡时HI的物质的量分数减小，因此排除B点，故选A点；对于H2（g）+I2（g）2HI（g）反应建立平衡时，升高温度，正、逆反应速率均加快，升高温度，平衡向吸热反应方向移动，因此平衡逆向移动，再次平衡时H2的物质的量分数增大，故选E点；

因此反应重新达到平衡，v正～x（HI）对应的点为A，v逆～x（H2）对应的点为E，

A、E正确，故答案为：A、E。