题目内容
氢气是一种清洁能源．科学家探究太阳能制氢技术，设计流程图如图甲：
信息提示：以下反应均在150℃发生
2H（aq）?H2（g）+I2（g）△H1
SO2（g）+I2（g）+2H2O（g）═H2SO4（J）+2HI（g）△H2
2H2SO4（I）?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（I）+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乙所示．计算0～4小时在A催化剂作用下，H2SO4分解的平均速率v（O2）= μmolh-1．
下列说法正确的是 ．
A．H2S04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．v（O2）正=2v（SO2）逆，则该反应已经达到平衡
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）写出2HI（g）?H2（g）+I2（g）的平衡常数表达式K= ．在恒温恒容的密闭容器中发生2HI（g）?H2（g）+I2（g）反应，测得HI与H2的浓度随时间变化数据如下表：
请根据表格在下图画出c（H2）随时间变化的曲线图，并在图中标出交点的纵坐标．
信息提示：以下反应均在150℃发生
2H（aq）?H2（g）+I2（g）△H1
SO2（g）+I2（g）+2H2O（g）═H2SO4（J）+2HI（g）△H2
2H2SO4（I）?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
（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乙所示．计算0～4小时在A催化剂作用下，H2SO4分解的平均速率v（O2）=
下列说法正确的是
A．H2S04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．v（O2）正=2v（SO2）逆，则该反应已经达到平衡
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）写出2HI（g）?H2（g）+I2（g）的平衡常数表达式K=
请根据表格在下图画出c（H2）随时间变化的曲线图，并在图中标出交点的纵坐标．
| 时间（min） | 0 | 2 | 4 | 6 | 8 |
| c（HI）mol?L-1 | 8.0 | 5.0 | 3.0 | 2.0 | 2.0 |
| c（H2）mol?L-1 | 0 |
考点：用盖斯定律进行有关反应热的计算,焓变和熵变,化学平衡常数的含义
专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题
分析：（1）根据盖斯定律，将前3个热化学方程式变形，混合运算推出热化学式2H2O（g）=2H2（g）+O2（g）△H4；
（2）流程图可知该过程中物质可以循环利用，能量源于太阳能是新型的清洁能源，据此解答；
反应能否自发进行说明△H-T△S＜0，根据方程式判断出△S正负，分析△H的符号；
（3）根据图象判断0～4小时生成氧气的物质的量，利用公式v（O2）=
计算；
使用催化剂，可以降低反应的活化能，增大活化分子的百分数，加快反应速率，不同的催化剂对活化能的改变不同，根据反应速率可以判断活化能的大小；
化学平衡状态的特征：等、定也是判断可逆反应是否达到化学平衡的标志，据此分析解答；
（4）平衡常数=
，反应体系中固体和纯液态物质不列入平衡常数表达式．
依据反应方程式结合图标中C（HI）起始浓度分别求出不同时刻C（H2），根据图表中给出的不同时刻氢气浓度的大小画图．
（2）流程图可知该过程中物质可以循环利用，能量源于太阳能是新型的清洁能源，据此解答；
反应能否自发进行说明△H-T△S＜0，根据方程式判断出△S正负，分析△H的符号；
（3）根据图象判断0～4小时生成氧气的物质的量，利用公式v（O2）=
| △n(O2) |
| △t |
使用催化剂，可以降低反应的活化能，增大活化分子的百分数，加快反应速率，不同的催化剂对活化能的改变不同，根据反应速率可以判断活化能的大小；
化学平衡状态的特征：等、定也是判断可逆反应是否达到化学平衡的标志，据此分析解答；
（4）平衡常数=
| 生成物浓度幂之积 |
| 反应物浓度幂之积 |
依据反应方程式结合图标中C（HI）起始浓度分别求出不同时刻C（H2），根据图表中给出的不同时刻氢气浓度的大小画图．
解答：
解：（1）2H（aq）?H2（g）+I2（g）△H1 ①
SO2（g）+I2（g）+2H2O（g）═H2SO4（J）+2HI（g）△H2②
2H2SO4（I）?2H2O（g）+2SO2（g）+O2（g）△H3 ③
2H2O（g）=2H2（g）+O2（g）△H4 ④
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（I）+2HI（g）该反应气体系数减小，是个熵值减小的应，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；＜；
（3）根据图象判断0～4小时生成氧气的物质的量5000μmol，所以v（O2）=
=1250μmolh-1，故答案为1250；
A．根据图表可知在0-4小时，ABC三种条件下生成的氧气的量依次减少，可以判断在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．根据同一个反应用不同物质表示的速率之比等于计量系数之比得：v（O2）逆=
v（SO2）逆，若v（O2）正=2v（SO2）逆，则v（O2）逆≠v（O2）正，该反应未达到平衡状态，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，活化分子百分比不同，故D正确；
故答案为：BD．
（4）根据方程式2HI（g）?H2（g）+I2（g）得：K=
，
故答案为：
；
根据方程式：2HI（g）?H2（g）+I2（g）知反应消耗的HI的量是生成的H2的量的2倍，则
0-2min 消耗c（HI）为3.0mol/L 生成c（H2）为1.5mol/L；
0-4min 消耗c（HI）为5.0mol/L 生成c（H2）为2.5mol/L；
0-6min 消耗c（HI）为6.0mol/L 生成c（H2）为3mol/L；
0-8min 消耗c（HI）为6.0mol/L 生成c（H2）为3mol/L，反应达到平衡；
图中几个点的坐标分别为：（0，0）、（2，1.5）、（4，2.5）、（6，3）、（8，3），则图象为
，
故答案为：
；．
SO2（g）+I2（g）+2H2O（g）═H2SO4（J）+2HI（g）△H2②
2H2SO4（I）?2H2O（g）+2SO2（g）+O2（g）△H3 ③
2H2O（g）=2H2（g）+O2（g）△H4 ④
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（I）+2HI（g）该反应气体系数减小，是个熵值减小的应，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；＜；
（3）根据图象判断0～4小时生成氧气的物质的量5000μmol，所以v（O2）=
| △n(O2) |
| △t |
A．根据图表可知在0-4小时，ABC三种条件下生成的氧气的量依次减少，可以判断在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．根据同一个反应用不同物质表示的速率之比等于计量系数之比得：v（O2）逆=
| 1 |
| 2 |
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，活化分子百分比不同，故D正确；
故答案为：BD．
（4）根据方程式2HI（g）?H2（g）+I2（g）得：K=
| [H2][I2] |
| [HI]2 |
故答案为：
| [H2][I2] |
| [HI]2 |
根据方程式：2HI（g）?H2（g）+I2（g）知反应消耗的HI的量是生成的H2的量的2倍，则
0-2min 消耗c（HI）为3.0mol/L 生成c（H2）为1.5mol/L；
0-4min 消耗c（HI）为5.0mol/L 生成c（H2）为2.5mol/L；
0-6min 消耗c（HI）为6.0mol/L 生成c（H2）为3mol/L；
0-8min 消耗c（HI）为6.0mol/L 生成c（H2）为3mol/L，反应达到平衡；
图中几个点的坐标分别为：（0，0）、（2，1.5）、（4，2.5）、（6，3）、（8，3），则图象为
，故答案为：
| 时间（min） | 0 | 2 | 4 | 6 | 8 |
| c（HI）mol?L-1 | 8.0 | 5.0 | 3.0 | 2.0 | 2.0 |
| c（H2）mol?L-1 | 0 | 1.5 | 2.5 | 3 | 3 |
．
点评：本题考查了盖斯定律求反应热的应用，反应自发进行的判据，催化剂对反应速率的影响，化学平衡状态的判断，平衡常数的计算，题目综合性强，难度中等．
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