Question

【题目】研究含硫物质的循环，是能源开发和利用的重要途径之一。

(1)研究人员利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储，过程如下：

①反应Ⅰ：2H2SO4(l)=2SO2(g)+2H2O(g)+O2(g) ΔH1=+551 kJmol -1

反应Ⅲ：S(s)+O2(g) = SO2(g) ΔH3=－297 kJmol -1

反应Ⅱ的热化学方程式为________。

②对于反应Ⅱ，将投料比（n(SO2):n(H2O)）为 3:2 的混合气体充入恒容的密闭容器中， 在不同压强下，H2SO4 在平衡体系中物质的量分数随温度的变化关系如下图所示。下列说法不正确的是___

A.p2＞p1，反应Ⅱ的ΔS < 0

B.使用合适催化剂可以提高 H2SO4 在平衡体系中物质的量分数

C.其他条件相同时，投料比（n(SO2):n(H2O)）改变为 2:1，可提高 SO2 的平衡转化率

D.当容器内气体的密度不变时，可判断反应达到平衡状态

E.温度升高，有利于反应速率加快，SO2 的平衡转化率提高，K 值变小

(2)“硫碘循环”法是分解水制氢气的研究热点，涉及下列三个反应：

反应A：SO2(g) + I2(aq) + 2H2O(l) ＝ 2HI(aq) + H2SO4(aq)

反应B：2HI(g) H2(g) + I2(g)

反应C：2H2SO4(g) 2H2O(g) + 2SO2(g) + O2(g)

①某温度下将 1mol HI 充入密闭容器中发生反应B，达到第 1 次平衡后，用选择性膜完全分离出 H2，达到第 2 次平衡后再次分离H2，重复多次，平衡时 n(HI)如下表：

达到平衡的次数	第 1 次	第 2 次	第 3 次	第 4 次	第 5 次	……
n(HI)/mol	0.78	0.67	0.60	0.55	0.51	……

归纳出分离 H2 的次数对 HI 转化率的影响________。第 2 次平衡时 I2 的物质的量为 n(I2)=_____mol；

②反应 A 发生时，溶液中同时存在以下化学平衡： I2(aq) + I(aq) (aq)，其反应速率极快且平衡常数很大。现将 1mol SO2 缓缓通入含 1 mol I2 的水溶液中恰好完全反应。请在下图中画出溶液中的物质的量 n( I3- )随反应时间 t 变化的曲线图____。

Answer 1

【答案】3SO2(g)+2H2O (g)=2H2SO4 (l)+S(s) ΔH2=254 kJ·mol1 BCE 随着分离 H2次数的增加，HI的转化率逐渐提高，但提高幅度逐渐减小 0.165 (最高点为 0.67)

【解析】

根据盖斯定律分析判断即可；结合影响平衡移动的因素分析，注意催化剂不改变平衡移动；根据减小生成物的浓度促进平衡正向移动分析。

(1)①反应Ⅰ：2H2SO4(l)═2SO2(g)+2H2O(g)+O2(g)△H1=+551kJmol-1，反应Ⅲ：S(s)+O2(g)═SO2(g)△H3=-297kJmol-1，结合盖斯定律可知，-I-III得3SO2(g)+2H2O(g)=2H2SO4(l)+S(s)，其△H=-(+551kJmol-1)-(-297kJmol-1)=-254kJ/mol，则反应Ⅱ的热化学方程式为3SO2(g)+2H2O(g)=2H2SO4(l)+S(s)△H=-254kJ/mol；

②A．增大压强平衡正向移动，硫酸的物质的量增大，由图可知，p2对应硫酸物质的量分数大，则p2＞pl；反应Ⅱ为气体体积减小的反应，则△S＜0，故A正确；

B．催化剂对平衡移动无影响，则催化剂不能提高H2SO4在平衡体系中物质的量分数，故B错误；

C．投料比【n(SO2)：n(H2O)】改变为2：1，对比投料比【n(SO2)：n(H2O)】为3：2时，相当于增大二氧化硫的物质的量，促进水的转化，但SO2的平衡转化率减小，故C错误；

D．气体的体积一定，混合气体的总质量不确定，当容器内气体的密度不变时，说明混合气体总质量一定，则可判断反应达到平衡状态，故D正确；

E．反应Ⅱ为放热反应，温度升高，有利于反应速率加快，但平衡逆向移动，SO2的平衡转化率降低，K 值变小，故E错误；

故答案为BCE；

(2)①分离出氢气，有利于平衡向正反应方向移动，随着分离氢气次数的增加，HI的转化率逐渐提高，但提高幅度逐渐减小；

故2次平衡时I2的物质的量为n(I2)=0.165mol；

②将SO2的通入I2的水溶液，反应生成I-，生成的I-与I2结合得到I3-，随反应进行I3-物质的量增大，由I原子守恒可知I3-的最大物质的量为≈0.67mol，继续通入SO2，I2(aq)+I-(aq)I3-(aq)平衡向左移动，I3-物质的量减小，由SO2+I2+2H2O=2HI+H2SO4可知，二氧化硫与碘单质恰好完全反应，故最终I3-物质的量为0，溶液中I3-的物质的量n(I3-)随反应时间t变化的曲线图为：。