题目内容

（7分）硫—碘循环分解水制氢主要涉及下列反应：
Ⅰ. SO2＋2H2O＋I2===H2SO4＋2HI
Ⅱ. 2HIH2＋I2
Ⅲ. 2H2SO4===2SO2＋O2＋2H2O
(1) 分析上述反应，下列判断正确的是_______________
a．反应Ⅲ易在常温下进行
b．反应Ⅰ中SO2氧化性比HI强
c．循环过程中需补充H2O
d．循环过程产生1 mol O2的同时产生1 mol H2
(2) 一定温度下，向1 L密闭容器中加入1 mol HI(g)，发生反应Ⅱ，H2物质的量随时间的变化如图所示。

① 0～2 min内的平均反应速率v(HI)＝________________
② 该温度下，H2(g)＋I2(g) 2HI(g)的平衡常数K＝__________________
③ 相同温度下，若开始加入HI(g)的物质的量是原来的2倍，则_____________是原来的2倍。
a．平衡常数                 b．HI的平衡浓度
c．达到平衡的时间           d．平衡时H2的体积分数
(3) 实验室用Zn和稀硫酸制取H2，反应时若加入少量下列试剂中的____________产生H2的速率将增大。
a．NaNO3         b．CuSO4          c．Na2SO4          d．NaHSO3
（1）C(1分)（2）①0.1mol/(L.min)（2分） ②64 （2分） ③b （1分）（3）b（1分）

试题分析：（1）H2SO4在常温下，很稳定不易分解，这是常识，所以a是错误的；反应Ⅰ中SO2是还原剂，HI是还原产物，因此还原性SO2＞HI，所以b不正确；将Ⅰ和Ⅱ分别乘以2和Ⅲ相加得：2H2O==2H2+O2，所以c正确，d是错误的，答案选c。
（2）①因为 υ (H2)="0." 1mol/1L/2min="0.05" mol·L-1·min-1，所以根据反应速率之比是相应的化学计量数之比可知，υ (HI)="2" υ (H2)="0.1" mol·L-1·min-1。
②              2HI(g)==H2(g)+I2(g)
2     1     1
起始浓度/mol·L－1   1     0     0
变化浓度/mol·L－1： 0.2   0.1   0.1
平衡浓度/mol·L－1： 0.8   0.1   0.1
所以该可逆反应的平衡常数K==64mol/L。
③如果开始时加入HI的量是用来的2倍，则建立的平衡状态和原平衡状态相比是等比破坏，因此HI、H2、I2的物质的量、平衡浓度都是原来的两倍；但铬组分的百分含量、体积分数、平衡常数都是不变的。由于开始时的浓度增大了，反应速率加快，达平衡的时间不可能是原来的两倍，所以答案选b。
（3）水是弱电解质，存在电离平衡H2O=H＋＋OH－，硫酸电离出的氢离子对水的电离是抑制作用，当锌消耗了氢离子后，氢离子浓度降低，促进水的电离；如果加入硝酸钠，则溶液洗相当于是硝酸溶液，此时不再生成氢气；加入的亚硫酸氢钠会和氢离子反应，降低氢离子浓度，反应速率降低；硫酸钠的加入对反应速率是无影响的；加入硫酸铜后，锌与置换出的Cu构成原电池，加快了反应速率，所以答案选b。
点评：该题是2010年山东卷28题，在能力方面考查了“能够将实际问题分解，通过运用相关知识，采用分析、综合的方法解决简单化学问题的能力”、“能够将分析解决问题的过程和成果用正确的化学术语及文字、图表、模型、图形等表达，并作出解释的能力”。试题设置了考生比较陌生的情景——“硫——碘循环分解水制氢”，对考生的心理素质要求较高。
练习册系列答案
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多晶硅是太阳能光伏产业的重要原材料。
(1)由石英砂可制取粗硅，其相关反应的热化学方程式如下：
SiO2(s)＋C(s)=SiO(g)＋CO(g)　ΔH＝a kJ·mol－1
2SiO(g)=Si(s)＋SiO2(s)　ΔH＝b kJ·mol－1
①反应SiO2(s)＋2C(s)=Si(s)＋2CO(g)的ΔH＝________ kJ·mol－1(用含a、b的代数式表示)。
②SiO是反应过程中的中间产物。隔绝空气时，SiO与NaOH溶液反应(产物之一是硅酸钠)的化学方程式为________________________________。
(2)粗硅提纯常见方法之一是先将粗硅与HCl制得SiHCl3，经提纯后再用H2还原：
SiHCl3(g)＋H2(g)Si(s)＋3HCl(g)。
不同温度及不同时，反应物X的平衡转化率关系如图所示。

①X是________(填“H2”或“SiHCl3”)。
②上述反应的平衡常数K(1 150 ℃)________K(950 ℃)(填“>”、“<”或“＝”)。
(3)SiH4(硅烷)法生产高纯多晶硅是非常优异的方法。
①用粗硅作原料，熔融盐电解法制取硅烷原理如图所示，电解时阳极的电极反应式为_________________________________________。

②硅基太阳电池需用N、Si两种元素组成的化合物Y作钝化材料，它可由SiH4与NH3混合气体进行气相沉积得到，已知Y中Si的质量分数为60%，Y的化学式为________。
天然气（以甲烷计）在工业生产中用途广泛。
Ⅰ．在制备合成氨原料气H2中的应用
（1）甲烷蒸汽转化法制H2的主要转化反应如下：
CH4(g) + H2O(g)  CO(g) + 3H2(g)    ΔH =" +206.2" kJ/mol
CH4(g) + 2H2O(g)  CO2(g) +4H2(g)   ΔH = +165.0kJ/mol
上述反应所得原料气中的CO能使氨合成催化剂中毒，必须除去。工业上常采用催化剂存在下CO与水蒸气反应生成易除去的CO2，同时又可制得等体积的氢气的方法。此反应称为一氧化碳变换反应，该反应的热化学方程式是        。
（2）CO变换反应的汽气比（水蒸气与原料气中CO物质的量之比）与CO平衡变换率
（已转化的一氧化碳量与变换前一氧化碳量之比）的关系如下图所示：

汽气比与CO平衡变换率的关系
析图可知：
① 相同温度时，CO平衡变换率与汽气比的关系是     。
② 汽气比相同时，CO平衡变换率与温度的关系是     。
（3）对于气相反应，用某组分（B）的平衡压强（pB）代替物质的量浓度也可以表示平衡常数（记作Kp），则CO变换反应的平衡常数表示式为：Kp=        。随温度的降低，该平衡常数      （填“增大”“减小”或“不变”）。
Ⅱ．在熔融碳酸盐燃料电池中的应用
以熔融Li2CO3和K2CO3为电解质，天然气经内重整催化作用提供反应气的燃料电池示意图如下：

（1）外电路电子流动方向：由  流向   （填字母）。
（2）空气极发生反应的离子方程式是    。
（3）以此燃料电池为电源电解精炼铜，当电路有0.6 mol e?转移，有     g 精铜析出。
氮元素的单质及其化合物的研究和应用在工农业生产中有着非常重要的地位。工业制硝酸的主要反应之一是
（1）如果将4mol NH3和5mol O2放入容器中，达到平衡时放出热量0.8akJ，则平衡时NH3的转化率为     。
（2）在一定条件下，容积固定的密闭容器中进行上述反应，NO的浓度与时间关系如图所示，则NO的a、b、c三点的反应速率v（a正）、v（b逆）、v（c正）的大小关系是         。

（3）t℃时，在容积固定的密闭容器中发生上述反应，容器内各物质的浓度如下表：

①第2min到第4mim，反应速率v（O2）=            ；
②第2min时改变了条件，改变的条件可能是         （从所给选项中选择）；
A．降低温度B．增加了生成物C．减小压强 D．使用了高效催化剂
③在与第4min相同的温度下，若起始向容器中加入NH3、O2、NO和H2O（g）的浓度都为2moI/L，则该反应       （填“正反应方向进行”、“逆反应方向进行”、“不移动”）。
（4）硝酸厂的尾气含有氮氧化物，不经处理直接排放将污染空气。尿素（H2NCONH2）是一种非常重要的高氮化肥，在温度70—95℃时，工业尾气中的NO、NO2可以用尿素溶液吸收，将其转化为N2，尿素与NO、NO2三者等物质的量反应的化学方程式为         。
（5）目前科学家探索利用燃料气体中的甲烷等将氮氧化物还原为氮气和水，其反应机理为：


则1mol甲烷直接将NO2还原为N2的烩变为____         。
有关说法正确的是
A．CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)室温下不能自发进行，说明该反应的△H＜0
B．镀铜铁制品镀层受损后，铁制品比受损前更容易生锈
C．N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) △H＜0，其他条件不变时升高温度，反应速率Ｖ(H2)和氢气的平衡转化率均增大
D．水的离子积常数Kw随着温度的升高而增大，说明水的电离是放热反应
下列说法正确的是（    ）
A．凡是放热反应都是自发的　
B．难溶电解质的溶解平衡是一种动态平衡
C．利用沉淀反应除杂时，可使杂质离子完全沉淀
D．pH＝5的盐酸稀释1000倍后，溶液的pH增到8
（15分）工业上利用N2和H2可以合成NH3，NH3又可以进一步制备联氨（N2H4）等。
（1）火箭常用N2H4作燃料，N2O4作氧化剂。已知：
N2（g） + 2O2（g）＝2NO2（g）                                   △H = +67．7 kJ·mol－1
N2H4（g） + O2（g）＝N2（g） + 2H2O（g）     △H =－534．0 kJ·mol－1
NO2（g）1/2N2O4（g）                                      △H =－26．35 kJ·mol－1
试写出气态联氨在气态四氧化二氮中燃烧生成氮气和气态水的热化学方程式：                                  。
（2）联氨——空气燃料电池是一种碱性燃料电池，电解质溶液是20％～30％的氢氧化钾溶液。该电池放电时，正极的电极反应式为　　      。
（3）在300℃时，改变起始反应物中氢气的物质的量对反应N2（g） + 3H2（g） 2NH3（g） △H＜0的影响如图所示。

①请在图中画出400℃时对应的图像。
②在a、b、c三点中，H2 的转化率最高的是　　         （填字母）。
（4）硝酸工业生产中的尾气可用纯碱溶液吸收，有关的化学反应为：
2NO2+Na2CO3=NaNO2+NaNO3+CO2             NO+NO2+Na2CO3=2NaNO2+CO2
若在标准状况下有NO、NO2的混合气体（不考虑N2O4）恰好与50mL 1．0 mol·L-1的Na2CO3溶液反应完全，且生成NaNO2和NaNO3的物质的量的比为4：1，则在混合气体中NO气体的体积分数为多少?（请写出计算过程）
低碳经济呼唤新能源和清洁环保能源。煤化工中常需研究不同温度下的平衡常数、投料比及热值等问题。
已知：CO(g) + H2O(g)H2(g) + CO2(g)的平衡常数随温度的变化如下表：
温度/℃
400
500
850
平衡常数
9.94
9
1
请回答下列问题：
（1）上述正反应方向是      反应（填“放热”或“吸热”）。
（2）850℃时在体积为10L反应器中，通入一定量的CO和H2O（g）发生上述反应，CO和H2O(g)浓度变化如下图，则0～4 min的平均反应速率v(CO)＝______ mol/(L·min)。
t1℃时物质浓度（mol/L）的变化

时 间（min）
CO
H2O
CO2
H2
0
0.200
0.300
0
0
2
0.138
0.238
0.062
0.062
3
C1
C2
C3
C3
4
C1
C2
C3
C3
5
0.116
0.216
0.084
 
6
0.096
0.266
0.104
 
(3) t1℃(高于850℃)时，在相同容器中发生上述反应，容器内各物质的浓度变化如上表。
①表中3 min～4 min之间反应处于_____状态；C1数值_____0.08 mol/L (填大于、小于或等于)。
②反应在4 min～5 min，平衡向逆方向移动，可能的原因是____(单选)，表中5 min～6 min之间数值发生变化，可能的原因是______(单选)。
A．增加水蒸气       B．降低温度    C．使用催化剂      D．增加氢气浓度
（4）若在500℃时进行，若CO、H2O的起始浓度均为0.020mol/L，在该条件下，CO的最大转化率为：           。
（5）若在850℃进行，设起始时CO和H2O(g)共为5mol，水蒸气的体积分数为X；平衡时CO转化率为Y，试推导Y随X变化的函数关系式为                   。
(6) 工业上利用N2和H2可以合成NH3，NH3又可以进一步制备联氨(N2H4)等。已知：
N2(g) + 2O2(g) ＝2NO2(g)                   △H =" +67.7" kJ·mol－1
N2H4(g) + O2(g) ＝N2(g) + 2H2O(g)     △H = －534.0 kJ·mol－1
NO2(g) 1/2N2O4(g)                   △H = －26.35 kJ·mol－1
试写出气态联氨在气态四氧化二氮中燃烧生成氮气和气态水的热化学方程式：
________________________________________________________。
（14分）美国Bay等工厂使用石油热裂解的副产物甲烷来制取氢气，其生产流程如下图：

（1）此流程的第II步反应为：CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)，该反应的平衡常数随温度的变化如下表：
温度/℃
400
500
830
平衡常数K
10
9
1
从上表可以推断：此反应是       （填“吸”或“放”）热反应。在830℃下，若开始时向恒容密闭容器中充入1mo1CO和2mo1H2O，则达到平衡后CO的转化率为          。
（2）在500℃，以下表的物质的量（按照CO、H2O、H2、CO2的顺序）投入恒容密闭容器中进行上述第II步反应，达到平衡后下列关系正确的是
实验编号
反应物投入量
平衡时H2浓度
吸收或放出的热量
反应物转化率
A
1、1、0、0
c1
Q1
α1[来源:]
B
0、0、2、2
c2
Q2
α2
 
C
2、2、0、0
c3
Q3
α3
A．2c1= c2 =c3     B．2Q1=Q2=Q3      C．α1 =α2 =α3        D．α1 +α2 ="1"
（3）在一个绝热等容容器中，不能判断此流程的第II步反应达到平衡的是        。
①体系的压强不再发生变化                           ②混合气体的密度不变
③混合气体的平均相对分子质量不变             ④各组分的物质的量浓度不再改变
⑤体系的温度不再发生变化                           ⑥v(CO2)正＝v(H2O)逆
（4）下图表示此流程的第II步反应，在t1时刻达到平衡、在t2时刻因改变某个条件浓度发生变化的情况：图中t2时刻发生改变的条件是                 、                  
（写出两种）。若t4时刻通过改变容积的方法将压强增大为原先的两倍，在图中t4和t5区间内画出CO、CO2浓度变化曲线，并标明物质（假设各物质状态均保持不变）。

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